Polymere sind eines der am häufigsten verwendeten und bekanntesten Materialien des 21. Jahrhunderts. Für den Einsatz in Branchen, in denen hohe Festigkeit und hervorragende Hitzebeständigkeit erforderlich sind, reichen reine Polymere jedoch nicht aus. Daher sind thermoplastische Verbundwerkstoffe die bevorzugten Materialien, und die Entwicklung dieser neuen Materialien erfordert die Überwindung von Hindernissen wie hohem Energieverbrauch, hohen Materialkosten, Zuverlässigkeit und Recyclingfähigkeit.

Kohlenstofffasern (CF) haben aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie geringes Gewicht, Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen, geringe Dichte, hoher Modul und gute chemische Beständigkeit die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen. CF ist außerdem ein einzigartiges Material mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, geringer Toxizität, recycelbar, nicht korrosiv und guter Verschleißfestigkeit. Im Allgemeinen weist CF bedeutende elektrische, physikalische, mechanische und thermische Eigenschaften auf.

Der thermoplastische Verbundwerkstoff bezieht sich auf das thermoplastische Polymer(wie Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherimid (PEI) und Polyetheretherketon (PEEK) als Matrix, mit einer Vielzahl von kontinuierlichen/diskontinuierlichen Fasern (wie Kohlenstofffasern, Glasfasern). usw.) als Verstärkung des Verbundmaterials.

Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe (CFRTP) verfügen über hervorragende thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften, wodurch sie häufig in Bau-, Schifffahrts-, Automobil-, Sportartikel- und Flugzeuganwendungen eingesetzt werden.

Kohlefaser ist ein vielversprechendes Material zur Verstärkung der Polymermatrix. Abhängig von ihren Vorläufern/Rohstoffen, Eigenschaften und Verarbeitungstemperaturen in der Wärmebehandlungsphase gibt es verschiedene Arten von CF-Materialien. CF kann auch nach diskontinuierlichen und kontinuierlichen Fasern (der Ausrichtung der Fasern innerhalb der Matrix) oder ihrer Länge klassifiziert werden. Daher stellen viele Hersteller unterschiedliche CF-Typen her.

Beispielsweise werden Verbundwerkstoffe auf Basis diskontinuierlicher Fasern in großvolumigen Anwendungen eingesetzt, bei denen nahezu isotrope Eigenschaften erforderlich sind. Verbundwerkstoffe auf der Basis von Endlosfasern hingegen werden häufig in Anwendungen mit geringem Volumen eingesetzt, bei denen höhere mechanische Eigenschaften in einer oder beiden Richtungen erforderlich sind, wie z. B. Stützbalken, Aufprallplatten und Eindämmungen.

Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe auf der Basis thermoplastischer Harze weisen während der Verarbeitung eine Kristallisation und einen Glasübergang auf, während Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe auf der Basis duroplastischer Harze Vernetzungs- und Härtungsreaktionen aufweisen. Unter dem Gesichtspunkt der Prozessschwierigkeit ist der thermoplastische Kohlefaserverbundwerkstoff im Herstellungsprozess schwieriger zu infiltrieren als der duroplastische Kohlefaserverbundwerkstoff, aber gleichzeitig liegen auch die Vorteile auf der Hand: Er hat einen kurzen Formzyklus und eine gute Wirkung Widerstandsfähigkeit, schweißbar, Sekundärformung möglich und hohe Freiheit bei der Strukturgestaltung.

Verschiedene Teile aus kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen bieten die Vorteile geringer Dichte, hoher Festigkeit, relativ hoher Zähigkeit, Recycling und Wiederverwendung und bieten vielfältige Anwendungsaussichten in der Luft- und Raumfahrt, im Militär, im High-End-Maschinenbau, in der Medizin und anderen Bereichen .

Fünf wichtige kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe

1. kohlefaserverstärktes PPS
PPS ist ein teilkristallines thermoplastisches Harz mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, chemischer Erosionsbeständigkeit, Flammschutzmittel usw. Auch die Verstärkungsmethode der Kohlefaser hat einen ganz offensichtlichen Einfluss auf die Leistung von PPS. Im Bereich unter 50 % sind die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs umso höher, je größer der Volumenanteil der Kohlenstofffasern im thermoplastischen Verbundwerkstoff ist.

(PA+LCF)

4. kohlenstofffaserverstärkter Verbundwerkstoff aus Polyetheretherketon (PEEK)
Kohlenstofffaserverstärkter PEEK-Verbundwerkstoff ist eine Art Verbundwerkstoff mit dem speziellen technischen Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) als kontinuierliche Phasenharzmatrix und Kohlenstofffasern (CF) als Dispersionsphasenverstärkung. Derzeit werden endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, im Satellitenwesen, im Militär und in anderen Bereichen eingesetzt.

5. CF/PEI-Verbundmaterial
PEI ist eine Art amorphes Hochleistungspolymer mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, elektrischer Isolierung, Strahlungsbeständigkeit, Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. CF/PEI-Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen CF-Ausrichtungen weisen unterschiedliche Reibungseigenschaften, Zugmodule, Zähigkeit und Dehnung auf. Durch den Modifikationsprozess kann die Schnittstelle zwischen CF- und PEI-Matrix verbessert werden, sodass die Anzahl der beim Bruch des Materials herausgezogenen Fasern stark reduziert wird und die Zugfestigkeit, Streckgrenze, der Elastizitätsmodul und der Elastizitätskoeffizient von CF/PEI verbessert werden Verbundwerkstoffe werden verbessert.



Derzeit weisen thermoplastische Verbundwerkstoffe eine bemerkenswerte Reife und Innovation im technischen Stand auf. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Recyclingfähigkeit und Verarbeitungsflexibilität werden diese Materialien in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. Das Ausland hat begonnen, es in großem Umfang zu nutzen. Materialanbieter, vertreten durch TenCate, Victrex usw., Anbieter von Automatisierungsausrüstung, vertreten durch Automated Dynamics, und Fertigungsforschungseinheiten, vertreten durch KVE, TPRC, FOKKER usw. Luftfahrtanwendungsunternehmen, vertreten durch Airbus und Boeing, haben sich systematisch weiterentwickelt und ihre Technologien sind zunehmend gewachsen perfekt. Gleichzeitig zeigt der aktuelle Trend, dass sich thermoplastische Verbundwerkstoffe in Richtung besserer Leistung, geringerer Kosten und mehr Umweltschutz entwickeln. Besonders in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, im Bauwesen und in der Elektronik spielen diese Materialien eine immer wichtigere Rolle.