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 文章來源：碳纖維復合材料

經過幾十年的發展，高性能先進復合材料碳纖維已成為航空航天、軌道交通、智能機械、高端醫療器械及多種民用產品提質升級的優選材料方案之一。碳纖維復合材料具有重量輕、強度大、蠕變小、耐腐蝕、耐疲勞等性能優勢，但是在滿足特殊需求時，它還是有一定的問題或缺陷存在，如何有效改善這些問題，提升碳纖維復合材料的應用價值，目前有以下幾種典型方案：

1.脆性大、易裂紋——解決方案：增韌：

碳纖維增強復合材料強度高、性能好，但復合材料成型工藝的特殊性會給復合材料的抗沖擊性、斷裂韌性和分層強度帶來負面影響。碳纖維復合材料在機械載荷作用下會形成不同的破壞機制。一旦釋放應變能量超過創建一個新的表面積或產生裂紋尖端附近的塑性變形所需要的能量時，在這些階段性裂紋擴展就可能引發嚴重的后果。

在樹脂中加入增韌劑是解決碳纖維材料脆性大、易產生微小裂紋的常規方法，但韌性增強顆粒一般分散性差，往往會形成高、低不同的顆粒密度區域，這種不均勻性會降低復合材料的綜合性能。目前歐美等發達國家開始在預浸料層間鋪貼納米纖維膜，這些膜不會增加預浸料的厚度和重量，能夠在層間區域充當脆性樹脂基體的納米級增強物質，最終形成更堅韌的樹脂(可以與其他增韌體系共同使用)，這種方案有利于改善碳纖維復合材料的抗分層性、損傷容限和抗疲勞特性，使之在受到壓力或沖擊時減少微小裂紋的發生。

2.不耐高溫、不耐磨——解決方案：熱塑：

目前，國內應用最多的碳纖維復合材料仍以環氧樹脂基為主，這種熱固性碳纖維復合材料可以滿足一般的工業或者民用需求，但是對于一些對性能要求極高的零部件來說，環氧基碳纖維復合材料在高溫耐受性以及耐磨性等方面還有一定的差距。為此，碳纖維行業中不少企業都在積極尋找解決方案。例如，近日三菱化學宣布推出以氰酸酯樹脂為基體的碳纖維預浸料新品，宣稱這種氰酸酯樹脂碳纖維復合材料能夠兼具高強度和耐熱性。

對于碳纖維復合材料體系來說，不僅是高強度與耐高溫性難以“魚與熊掌兼得”，諸如耐磨性等性能優勢也會相互制約。事實上，造成碳纖維復合材料這方面缺陷的主要原因在于基體材料，過去通常會通過添加雙馬來酰亞胺等方式提升復合材料的耐熱性，但是最終的性能結果仍然不是很理想。國內的碳纖維零部件生產商智上新材料通過連續碳纖維增強熱塑性復合材料的開發，如連續碳纖維增強PPS/PES/PA6/PEEK等單向預浸料的國產化，在特種或者高端零部件中用其替代熱固性碳纖維材料，在后期的產品應用中展現出高強度、耐高溫、耐磨性好、耐腐蝕、安全系數高等等綜合優勢，成為碳纖維復合材料不耐高溫、不耐磨的優選解決方案之一。