碳纤维增强尼龙(CF/PA)复合材料的耐磨性分析

　　聚酰胺树脂(尼龙，PA)，作为一种多功能热塑性聚合物，因其优异的机械性能、低摩擦系数和优良的冲击强度而被广泛应用于各个领域。然而，在面对高端产业对产品性能的更高要求时，如智能设备、高端医疗和新能源等，传统PA材料在耐热、尺寸稳定性等方面的局限性逐渐显现。为解决这些问题，碳纤维(CF)与PA结合形成的连续碳纤维增强热塑性复合材料应运而生，这类材料不仅显著提升了力学性能，而且在耐磨性和其他物理特性上也表现出色。

　　在《The Friction and Wear Properties of Thermoplastic PA6 Composites Filled with Carbon Fiber》一文中评估了CF/PA复合材料的性能，选择采用不同体积百分比(10vol%，20vol%，30vol%)的碳纤维作为增强体。在控制湿度(30~45%)、设定载荷力(0~16N)和摩擦频率(0~12Hz)条件下进行了往复滑动摩擦磨损测试。

　　摩擦系数变化

　　在9N载荷力和4Hz摩擦频率下，纯PA试样的摩擦系数随时间迅速上升;20wt%和30wt%的CF/PA复合材料试样的摩擦系数随时间增加呈现抛物线趋势;而10wt%的CF/PA试样摩擦系数则先增后减，最终再次上升。

　　整体而言，加入碳纤维后的CF/PA复合材料的摩擦系数低于纯PA，特别是20wt% CF/PA复合材料显示出最低的摩擦系数。这是因为碳纤维表面的微结构或碳纤维与基体界面间的相互作用，在摩擦过程中可能起到了一定的润滑效果，从而降低了摩擦系数。

　　摩擦损伤体积

　　在相同的载荷力或摩擦频率条件下，纯PA试样的摩擦损伤体积最大，而20wt% CF/PA复合材料的摩擦损伤体积最小，表明其具有更好的耐磨性。当载荷力提升至9~15N时，30wt% CF/PA复合材料的摩擦损伤体积突然大幅增加，这可能是由于过高的碳纤维含量导致了复合材料内部应力集中。

　　SEM扫描结果显示，纯PA试样表面存在明显的微裂纹和剥离现象，而CF/PA复合材料的磨损痕迹明显减少，尤其是20wt% CF/PA复合材料，几乎没有出现这种现象。这说明适量的碳纤维能够有效支撑来自接触面的负荷，防止材料分离。

　　在CFPA6实际生产中，智上新材料科技发现，树脂浸渍的效果也会直接影响到复材的性能，其中以质量分数占比30%的连续碳纤维与PA树脂相互熔融时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量与纯PA树脂相比，提高最为明显，能够达到2-3倍。这也充分证明了通过碳纤维增强下的热塑性树脂性能得到了大幅度的提升。

　　随着科技的进步和技术的发展，未来CF/PA复合材料有望在更多领域得到广泛应用，特别是在需要承受高温、潮湿及易磨损环境的应用场景中。智上新材料科技致力于推动高性能碳纤维复合材料的研发与应用，通过不断优化热塑性树脂基体与连续碳纤维的复合工艺，成功开发了一系列适用于极端环境的高性能复合材料。这些成果不仅为传统有机、无机复合材料带来了强有力的竞争挑战，也为高性能复合材料开辟了新的市场空间。随着双碳目标的推进，智上新材将继续深耕碳纤维零部件制造领域，进一步扩大自身的技术实力及领先优势，助力我国高性能复合材料产业的快速发展。

　　论文来源：https://doi.org/10.1177/0892705708103397