長切/短切/連續(xù)碳纖維增強復合材料應用案例

    碳纖維復合材料具體有短切、長切、連續(xù)碳纖維增強不同應用形式，隨著碳纖維復合材料的優(yōu)勢性能被多個領域所重視，新的碳纖維復合材料產(chǎn)品應運而生，下文僅針對航空、體育、醫(yī)療這三個領域分別介紹一下不同碳纖維增強形式的新應用案例。

    長切碳纖維增強復合材料儀器艙支架：

    儀器艙支架是航天飛行器箭體結構中用于搭載線纜、儀器的重要支撐零部件，既要承受飛行過程中較大的振動、沖擊載荷等壓力，還要具備輕質(zhì)、高強、減振等特征。

    丁浩亮、李星華等人的《長切碳纖維增強尼龍儀器艙支架研制》一文介紹了一種采用6-25mm的長切碳纖維作為增強體，以尼龍PA為基體，通過熔融浸漬等工藝形成碳纖維增強復合材料，并以之作為原材料制作儀器艙支架的方法。因為選用的長切碳纖維在制件中的殘余長度較長、分散性良好；使制件具備較高的比強度、比剛度和優(yōu)異的抗沖擊性能和耐疲勞性能。采用碳纖維復合材料制成的支架實物外觀良好，具有高比強度和低收縮率，較鋁合金制件結構減重可達50%，可鑲嵌鋁合金裝配連接件。

    在震動試驗中，制件搭載了重8千克的負載，經(jīng)隨機振動歷程后制件無裂紋、斷裂等缺陷產(chǎn)生，在靜強度及整體裝配連接方面都能達到實驗要求，能較好地滿足航天飛行器對儀器艙支架的應用需求。

    短切碳纖維增強復合材料兵乓球桌：

    碳纖維復合材料碳纖維輥制成的兵乓球桌具有輕質(zhì)、美觀、減震和耐磨等優(yōu)勢，現(xiàn)階段國內(nèi)外舉行的各大兵乓球賽事中都已經(jīng)采用碳纖維復合材料兵乓球桌。

    趙曼曼的《乒乓球桌碳纖維復合材料的力學和耐磨性能研究》一文提出，為了提升兵乓球桌中碳纖維復合材料的力學性能和耐磨性能等，可以采用表面包覆處理的方法制備兵乓球桌用短切碳纖維增強復合材料。

    經(jīng)過改性處理后的碳纖維增強復合材料的拉伸強度高于純PEEK材料，其表面磨損程度相對較輕，除較淺的犁溝外，沒有發(fā)生局部剝落或者微裂紋現(xiàn)象。而且，又因為短切碳纖維的加入會在復合材料中起到支撐骨架作用，從而減小PEEK基體承受的外加載荷，有效增加了復合材料抵抗外加載荷的能力。

    連續(xù)碳纖維增強復合材料骨外科醫(yī)療支架：

    目前，國內(nèi)在熱塑性樹脂基體中使用連續(xù)碳纖維增強方式的案例還為數(shù)不多，不過近傳出新的消息，無錫智上新材料科技有限公司根據(jù)客戶的定制要求，采用連續(xù)碳纖維增強PEEK復合材料成功制作出了骨外固定器零部件。對制品進行檢測，發(fā)現(xiàn)連續(xù)碳纖維與PEEK樹脂結合使用后，其機械性能明顯增加，材料的磨損率和摩擦系數(shù)也大幅度降低。這種復合材料保持了碳纖維材料優(yōu)越的X射線穿透能力，便于臨床醫(yī)生對骨折斷端進行修復或固定手術操作，以及后期的骨折愈合情況檢查。

    一般說來，醫(yī)療器械的蒸汽消毒過程會引發(fā)纖維與樹脂基體的變化，并可通過擴散進入復合體系的界面，引起界面脫粘，導致材料的力學性能下降，但是無錫智上新材通過創(chuàng)新性的工藝處理，保證了連續(xù)碳纖維增強的PEEK復合材料在經(jīng)過15-20分鐘的常規(guī)蒸汽滅菌消毒后，力學性能幾乎沒有變化，并在高達數(shù)萬次的70％以上為載荷的彎曲疲勞后，彎曲模量也沒有顯著變化，纖維與基體的結合仍然很好，更好地滿足骨外固定材料在使用期間承受高頻次高溫消毒和循環(huán)彎曲應力的需求。