CF/PPS复合材料强度和刚度超越热固性碳纤维了么？

    近30年内，碳纤维复合材料对于国家军用装备和民用设备的贡献并不为人数值，但世界先进的J-20战机，全球瞩目的高铁车厢等都有碳纤维复合材料的身影。随着碳纤维技术的进步，热塑性碳纤维的出场频次也渐渐高了起来。本文介绍的CF/PPS就是一种热塑性碳纤维复合材料，它的耐高低温性能和耐老化性都比较出色，那与主流的热固性碳纤维相比，在强度和刚度上有所超越吗？

    CF/PPS复合材料强度和刚度表现如何？

    抗拉强度和弹性模量通常被称为强度和刚度，是衡量材料机械性能的2个核心参数。通过对两者的数值比较，可以较为直观的理解材料的性能优劣。

    抗拉强度是用于测量材料在失效或断裂之前可以承受的最大拉伸应力。CF/PPS复合材料与其他材料相比具有较高的拉伸强度，通常可以达到300MPa至1500MPa。

    弹性模量，又称为杨氏模量，是材料刚度及其在施加应力下变形能力的量度。CF/PPS复合材料具有较高的弹性模量，通常在大约50GPa到150GPa。

    以上提高的数值范围并不是固定不变的，具体与复合材料的具体成分比例、制造工艺和所用材料的品质都有关系。CF/PPS复合材料是由碳纤维和聚苯硫醚树脂合成出来的，其中碳纤维的品级、形态，聚苯硫醚树脂的种类，以及两者在复合材料中的比例发生变化，最终复合材料的强度和刚度同样会发生变化。

    CF/PPS复合材料强度和刚度超越热固性碳纤维了么？

    当下主流的热固性碳纤维复合材料中使用的树脂有环氧树脂、酚醛树脂、双来酰胺树脂等，其强度和刚度的树脂范围是有高低偏差的。以环氧树脂为例，它的拉伸强度范围为约300MPa至3000MPa，弹性模量通常在大约100GPa到300GPa。

    如果只对比强度和刚度的树脂范围，可以发现CF/PPS复合材料并没有比热固性碳纤维更占优势，反而处于下风。究其原因，一来与两种树脂自带的强度和刚度有关，二来两种树脂浸润碳纤维丝束的程度高低有关。

    热塑性树脂在高温熔融状态下的粘度很高，技术层面无法将熔融状态的热塑性树脂均匀包裹每一根碳纤维单丝上充分浸润，导致形成的复合材料性能分布不均匀，拉低了热塑性碳纤维复合材料的整体强度和刚度。加上树脂本身强度和刚度上限有偏差，最终呈现的效果就是CF/PPS复合材料反而比热固性碳纤维更弱了。

    不过让我们再回到热塑性碳纤维复合材料被寄予厚望的初衷，在机械性能达标的前提下，该型复合材料具有出色的可重复加工特性，同时利于大批量生产和制备，能够提高碳纤维产业的规模和上限，同时完善碳纤维制品的回收和再利用。另外还有像CF/PEEK这样的热塑性碳纤维存在，它的强度和刚度是可以超越热固性碳纤维的，因此从综合角度考虑，热塑性碳纤维更具有发展潜力。

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