日前,日本的金澤工業(yè)大學(xué)與從事工業(yè)廢棄物處理和回收的三榮興業(yè)公司合作,開發(fā)出了比以往的碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度更高,而且抗靜電性能優(yōu)異的新型熱塑性碳纖維復(fù)合材料(CFRTP)。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種”增容劑“,不僅抑制了傳統(tǒng)相容劑導(dǎo)致碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)電性的降低的問題,而且即使碳纖維的纖維長度短,在保持剛性的同時(shí),也能夠提高注射成形和擠出成形等成形性。
新材料的性能
此次開發(fā)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料有望應(yīng)用于要求具備高比強(qiáng)度和高比彈性模量等機(jī)械特性的汽車及飛機(jī)相關(guān)構(gòu)件和建材等,此外,在需要具備高水平抗靜電性能的半導(dǎo)體等精密部件的成型領(lǐng)域,其利用價(jià)值也非常高,預(yù)計(jì)今后存在很大需求。
碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料是以熱塑性樹脂為基體,以碳纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料?;旌咸祭w維和樹脂就能形成輕量堅(jiān)固的材料,近年來,這種碳纖維復(fù)合材料在要求節(jié)能的飛機(jī)和汽車領(lǐng)域的用途不斷擴(kuò)大。但碳纖維與樹脂的相容性通常比較差,因此很多時(shí)候無法充分混合,強(qiáng)度方面存在課題。另外,樹脂具備電絕緣性,而半導(dǎo)體和電子部件等精密部件領(lǐng)域尤其需要不帶靜電等的導(dǎo)電性優(yōu)異的復(fù)合材料。
作為促進(jìn)碳纖維與樹脂混合的“增容劑”,以前一直使用馬來酸酐接枝聚丙烯(MAPP),但采用MAPP的復(fù)合材料由于碳纖維與樹脂之間是通過點(diǎn)來粘合,而不是面,因此存在界面粘合性能不足(粘合力弱)、無法充分獲得導(dǎo)電性能的問題。另外,要想提高復(fù)合材料的界面粘合性,必須大量添加MAPP,這樣就帶來復(fù)合材料的導(dǎo)電性會(huì)降低的問題。
金澤工業(yè)大學(xué)與三榮興業(yè)的研究團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)的iPP-PAA(等規(guī)聚丙烯聚丙烯酸共聚體)使用的增容劑是使碳纖維與樹脂通過面結(jié)合,少量使用就能提高界面粘合性,因此能實(shí)現(xiàn)不僅機(jī)械特性優(yōu)異(高比強(qiáng)度、高比彈性模量)、導(dǎo)電性(抗靜電)也非常出色的復(fù)合材料。
此外,IPP-PAA具有與基材PP相同的結(jié)晶度,并且熔點(diǎn)比MAPP高20°C??梢钥刂苾啥说姆磻?yīng)性極性聚合物的分子量和官能團(tuán)。
利用本次的發(fā)明,即使是碳纖維長度為0.1——50mm的短纖維也能確保剛性,因此還可以提高熱塑性碳纖維復(fù)合材料的注射成型和擠壓成型等成型性,有望在廣泛的領(lǐng)域擴(kuò)大用途。
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