圖1. 熱塑復材測試金字塔

 

對熱塑性基復合材料感興趣的一個主要原因是它們的前景與典型的環氧樹脂相比，其斷裂韌性要高得多。樹脂韌性的提高被認為是提高復合材料結構抗分層性和損傷容限的一種方法，并導致美國和歐洲的重點研究。

典型熱固性材料的I型斷裂韌性GIc值與熱塑性材料的那些如圖2.所示。正如預期的那樣左側顯示為實心條的熱固性材料（IM7/8552、AS4/3501-6、IM7/E7T1、IM7/977-2）明顯低于中心顯示的AS4/PEEK和其他右側顯示的熱塑性復合材料（C/PPS、AS4-3K-PEI、T300-FIT PEEK、IM7/PEEK、AS4/PEKK、東麗TC1225 PAEK、T700G LM-PAEK）?？梢杂^察到AS4/PEEK材料的顯著變化。盡管存在差異，但所有熱塑性復合材料的優異斷裂韌性是顯而易見的。這種變化可能是由于不同的供應商在幾十年的時間里為AS4/PEEK提供了略有變化的化學配方和加工參數。

 

圖2. 熱固性和熱塑性復合材料的I型斷裂韌性。

 

優點：

• 更高的生產率（縮短周期時間）；
• 焊接接頭具有完整的材料融合（無接口），比粘接接頭認證簡化；
• 焊接和/或共固化的自動裝配可通過成組化降低裝配成本；
• 通過重熔處理可以后成型、重新配置和回收；
• 更高的斷裂韌性可提高耐久性、耐損傷性和抗微裂性；
• 良好的抗疲勞性；
• 基本上沒有保質期限制（或超時問題）。室溫存儲節省了成本；
• 在濕熱條件下性能更佳；
• 水解穩定性；低吸水性；
• 優異的防火、防煙和毒性（FST- fire, smoke, and toxicity）性能；
• 半結晶熱塑性復材具有良好的耐化學性；
• 穩定的玻璃化轉變溫度（Tg），即使在熱/濕條件下；
• 無毒性/危險化學品問題；
• 摩擦系數低；
• 高耐磨性；
• 排氣量最?。晃廴举|量損失低（環氧樹脂質量損失的1/5）

缺點：

• 加工溫度高和所需壓力，更高成本的工具（經常加熱的殷鋼-Invar模具）→對小批量生產的經濟性，具有挑戰性；

• 較高的殘余應力使尺寸公差更難實現；故障位置可能會偏離基于熱固性復合材料（TSC-Thermoset Composites）的預期；

• 原材料成本略高；
• 技術準備水平(TRL-Technical Readiness Level)較低，尤其是OOA工藝，例如原位固結；
• 結構特性和化學性質電阻對結晶度很敏感（即冷卻曲線）；無定形TPCs的耐化學性較低與半結晶TPC相比；
• 難以勾勒出高度彎曲的輪廓形狀，在加工過程中需要熱粘合鋪放；
• 熔體粘度較高（纖維偏移較多→壓縮強度較低），難以獲得均勻纖維分布的良好浸漬效果（盡管自 2015 年以來材料質量有所提高）；
• 在零件壽命周期內，結晶度可能會發生變化。

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注：資料來自互聯網。

楊超凡 2024.7.27