热塑性碳纤维复合材料性能与玻璃化转变温度的关联

　　航空航天、汽车和体育用品等行业需要高性能材料作为基础，而热塑性碳纤维复合材料很契合这样的需求。该类型复合材料结合了碳纤维卓越的机械性能和热塑性树脂的功能多样性和耐用性，成为了不可多得的选择之一。热塑性碳纤维复合材料性能与自身材料特性息息相关，其中就包括基体树脂的玻璃化转变温度（Tg），智上新材料带你了解其性能与玻璃化转变温度（Tg）之间的关联。

　　什么是玻璃化转变温度（Tg）？

　　玻璃化转变温度（Tg）是热塑性基体树脂从刚性的玻璃态转变为更软的橡胶态的温度范围。低于玻璃化转变温度（Tg）时，聚合物链被冻结在适当的位置，从而导致高刚度和低分子流动性；而高于玻璃化转变温度（Tg）时，分子运动增加，导致刚度降低，柔韧性提高。

　　在热塑性碳纤维复合材料中，玻璃化转变温度（Tg）是一个关键阈值，它决定复合材料的工作温度范围，同时影响复合材料及相关制品的机械性能、尺寸稳定性和耐环境性等，是生产加工和后续使用中至关重要的参考因素。

　　玻璃化转变温度（Tg）对热塑性碳纤维复合材料性能的影响

　　1、机械性能：低于玻璃化转变温度（Tg）时，热塑性基体表现出高刚度和强度，这意味着复合材料的承载能力和尺寸稳定性得到提高，应用于飞机机身或汽车框架等结构时起到关键性作用。在接近或高于玻璃化转变温度（Tg）时，会导致基体模量显着下降，从而导致纤维和基体之间的界面结合减少，削弱复合材料的强度，导致载荷传递效率降低，以及在应力作用下可能出现故障。

　　2、热性能：玻璃化转变温度（Tg）可以认为是复合材料能够可靠工作而不会显着变形或机械性能损失的温度上限。例如，具有高玻璃化转变温度（Tg）基体（如聚醚醚酮、聚苯硫醚），与之结合的复合材料则适用于高温环境，如发动机部件。具有低玻璃化转变温度（Tg）基体（如聚乙烯、聚丙烯），与之结合的复合材料，可能在较高温度下表现出热软化，从而限制了它们只能在要求不高的环境中使用。

　　3、抗冲击性和韧性：在接近玻璃化转变温度（Tg）时，由于分子迁移率增加，热塑性基体通常表现出更高的能量吸收能力，这可以增强复合材料的抗冲击性。然而，由于基体的内聚强度降低，在玻璃化转变温度（Tg）以上进行过多的操作可能会损害冲击性能。

　　4、蠕变和长期耐久性：低于玻璃化转变温度（Tg）时，基体在持续负载下可抵抗变形，从而随着时间的推移保持复合材料的结构完整性；而高于玻璃化转变温度（Tg）时，蠕变行为加速，导致渐进变形，这会限制复合材料在结构应用中的使用寿命。

　　5、耐环境性：玻璃化转变温度（Tg）还影响基体对环境因素（如水分、化学品）的抵抗力，高玻璃化转变温度（Tg）基体通常表现出较低的吸水率和更好的耐化学性，这对于恶劣的应用场景更具有优势。

　　可依据玻璃化转变温度来选用不同类型热塑性碳纤维复合材料

　　热塑性碳纤维复合材料并不是唯一的，热塑性基体树脂种类繁多，诸如聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺、、聚乙烯和聚丙烯等等。对于不同应用场景和应用需求，可以选择不同类型的热塑性树脂作为基体。在实际应用中，玻璃化转变温度（Tg）是一个重要的参考因素，毕竟它与性能有直接的关联，因此在选用时需要重点考虑。

　　1、高温应用：对于航空航天和高性能汽车应用，聚醚醚酮和聚苯硫醚等基体的玻璃化转变温度（Tg）值高于 150°C ，出色的热稳定性是这一类应用中首要满足的特性。

　　2、中等温度应用：对于消费品或运动器材等应用，具有中等玻璃化转变温度（Tg）值的聚酰胺（尼龙）或聚对苯二甲酸乙二醇酯等基体，就可以提供不错的性能，再综合考虑生产成本，可以在性能和成本上达到较好的平衡。

　　3、室温应用：对于温度要求不高的应用，较低玻璃化转变温度（Tg）的材料（如聚丙烯）就已经完全可以胜任，加上自身价格较低，生产加工难度不高，适用范围较广。

　　玻璃化转变温度（Tg）对热塑性碳纤维未来应用的一些影响

　　玻璃化转变温度是决定热塑性碳纤维复合材料性能范围的关键参数，通过前面的内容介绍，相信大家已经了解了玻璃化转变温度（Tg）及其对机械、热和长期性能的影响。通过大量的尝试，技术人员可以通过选择不同类型基体树脂，并利用特定的生产工艺和操作流程，制备出不同品类的热塑性碳纤维复合材料。

　　通过设计和开发具有定制玻璃化转变温度（Tg）数值的热塑性碳纤维复合材料，是一个值得研究的方向。研究的过程中，可以追求高玻璃化转变温度（Tg）基体与碳纤维结合而形成的高性能复合材料，以便在更恶劣场景下的应用；也可以研究在一个较低的生产成本前提下，找到性能最优解的热塑性碳纤维复合材料。