连续碳纤维增强PA6高性能复合材料的制备
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摘 要：本文主要从连续碳纤维在制备PA6高性能复合材料的优势分析入手，阐明了连续碳纤维的积极性，并着重介绍了制备工艺和成型工艺环节，其中前者主要包含浸润工艺、纤维混合工艺、粉末混合工艺以及薄膜层叠工艺方面，而后者则主要包含注射成型方法、拉挤成型方法以及热压成型方法方面，为有效提升PA6高性能复合材料的制备水平，提供一定借鉴和参考。
关键词：连续碳纤维 PA6 高性能 复合材料 制备
中图分类号：TQ327. 3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（a）-0106-02
热塑性树脂基复合材料在近些年来广受人们关注，由于其成型快、可回收、韧性高的优势，可以产生较大经济潜在效益和社会效益，应用领域越来越广泛。以往PA6材料制备过程中，研究工作主要集中在了碳纤维对于增强PA6基热塑性复合材料中的长纤和短纤增强材料方面，但是相较于连续碳纤维增强材料来说，碳纤维的体积分数较小、力学性能也较低，为提升PA6复合材料的总体性能，可以尝试使用连续碳纤维增强材料。
1 制备优势
碳纤维本身属于高分子材料，在物理化学性能方面均十分良好，如轻质、耐酸碱腐蚀、高强度等方面，因而在制备复合材料的过程中经常会使用到碳纤维作为增强树脂基体。热塑性树脂被广泛应用在当前多个生产领域中，能够有效增强生产和制作效果，提升产品质量。但是当前实际制备热塑性材料时容易受到多种因素的制约，主要集中在了成本较高、制备工艺不够成熟科学等方面。积极探索PA6的制备工艺具有较高现实意义。PA6作为一种热塑性树脂，拥有着突出的总体性能，尤其是加工性能十分良好，可以被有效应用在航空航天领域和汽车工业领域[1]。单纯使用碳纤维开展PA6制备工作，无法满足PA6的高性能需求，通过使用连续碳纤维，使其和PA6保持着较强的融合度，将能够有效发挥两者的优势特征，促进汽车轻量化领域设计工作的稳步开展。PA6本身的熔融指数很低，可以有效支持多个领域生产活动的实施。
2 制备工作
想要积极制备出PA6高性能复合材料，需要注重使用到合理有效的材料作为支撑，很多制品中使用碳纤维无法达到连续效果，所制备出的复合材料本身不符合相关要求，使用连续碳纤维将可以起到良好效果。
2.1 浸润工艺
开展PA6高性能复合材料制备活动的过程中，需要考量到树脂有效浸渍碳纤维的问题，特别是树脂本身的熔融指数较低。结合具体制备要求，选择到合理有效的浸润工艺，可以支持连续碳纤维和树脂之间的良好反应。常用到的浸润工艺包含：
2.1.1 纤维混合工艺
纤维混合方式在制备PA6高性能复合材料方面发挥着积极作用，具体应用过程中，首先，借助于纺丝设备，纺织出热塑性树脂纤维丝束，这些纤维丝束需要具备较高的均匀性效果;其次，按照制备实验事先要求的混合比例，将纤维丝束和连续碳纤维加以均匀混合，这其中主要使用到编织的方式;由此可以得到混合纤维布或者混合纤维丝束[2]。
2.1.2 粉末混合工艺
这一方式实际应用环节，首先要将热塑性树脂粉末均匀覆盖在连续碳纤维表层上;其次，在高温环境下放置经过处理的连续碳纤维，促进连续碳纤维受到树脂粉末的有效熔化和浸渍。粉末混合工艺的良好应用，需要事先做好充分的浸润工作，也就是通过使用静电流化床工艺和悬浮液工艺，实现粉末预浸目标。为提升这项工艺的总体实施水平，一方面要注重使用专业化方式，使得紧密状态下的碳纤维束可以最大程度上得到分散，使其转变为疏松甚至单根的状态;另一方面要注意到当树脂粉末的颗粒越小，其附着在碳纤维上的几率也就越大，因而在实际使用树脂粉末时，要尽可能选取到直径较小的粉末基体。
2.1.3 薄膜层叠工艺
薄膜层叠工艺在实际制备PA6高性能复合材料过程中发挥着显著优势，主要是因为这一工艺拥有着十分简便的操作环节、成本较为低廉，在面对结构不复杂的板材外形负荷材料方面也起到积极效果。应用薄膜层叠工艺过程中，首先要开展逐层交替铺设工作，这是针对事先准备好的热塑性树脂薄膜和连续碳纤维布进行的，使其达到预计好的厚度要求;其次，需要开展加热加压工作，这其中要借助于热压机作用，处理好中已经铺叠好的材料，在高温和高压下，将可以促进连续碳纤维得到良好的熔化和浸润。薄膜层叠方法的应用关键在于合理把控好温度和压力[3]。如果使用的压力过高，会容易压紧碳纤维丝束，从而碳纤维之间会十分密实，没有缝隙，在熔融状态下的树脂液体无法有效流入到碳纤维丝束之间，从而无法发挥浸润作用。而如果薄膜层叠工艺应用的温度过高，会导致树脂产生焦糊的情况，反之，如果温度过低，树脂实际产生的浸润效果会较差。
2.2 成型方式
在热塑性树脂复合材料制备过程中，成型速度较快是显著特征之一。学界在研究PA6高性能复合材料成型方式方面，提出了以下几个方法。
2.2.1 注射成型方法
在注射机中加入连续碳纤维和塑料混合粒料，有效使用螺杆，开展熔融塑化作业，从而将其喷射到模具之中，实施固定成型处理工作，由此可以得到制品。注射成型工艺应用中主要是包含了合模、添料、机器塑化、高压注入、冷却固化定型和开模顶出成品等环节[4]。为提升注射成型工艺的应用效果，需要注重做好细节处理工作，如热处理和调湿处理好注射出的制品，促进制品本身的尺寸拥有较高稳定性，使得其内部的应力有所消减。热处理环节的开展，是为了将已经凝结的分子链进行有效化解，使其转变为无规律的状态，从而可以有效增强结晶的构造稳定性，促进拉伸、断裂、伸长的比例有所降低。
2.2.2 拉挤成型方法
在实际制备PA6高性能复合材料过程中，拉挤成型方式的应用十分成熟，其本质在于随着温度的变化，树脂的形态也会产生變化，结合这一特征做好成型处理工作，可以达到良好效果。对于热塑性树脂来说，其拥有较小的熔融指数，在受到拉挤作业之后，拉动阻碍超过热固性树脂，从而实现成型[5]。
2.2.3 热压成型方法
对于PA6高性能复合材料的制备工艺来说，热压成型方法十分适宜，其成型速度较快，且自动化效果良好。在热压成型方法的支撑下，树脂基体的熔点温度和热压成型的温度保持着合理性差距，减少热塑性树脂基体老化、焦糊。这一方法应用过程中，主要使用到了热压机，加热和加压材料，现阶段能够使用的设备有新型电磁感应加热系统，可以支持高速模压复合材料的制备[6]。
3 结语
连续碳纤维在制备PA6高性能复合材料的过程中发挥着积极作用，实际制备环节中，要掌控好浸润工艺、纤维混合工艺、粉末混合工艺以及薄膜层叠工艺的效果，而在成型方面则可以采用注射成型方法、拉挤成型方法以及热压成型方法。
参考文献
[1] 董广雨.连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的制备及工艺研究[D].北京化工大学，2018.
[2] 张丰.水性环氧上浆剂的制备及其在碳纤维增强PA6复合材料中的应用研究[D].广东工业大学，2016.
[3] 李宏福，王淑范，孙海霞，等.连续碳纤维/尼龙6热塑性复合材料的吸湿及力学性能[J].复合材料学报，2019， 36（1）：120-127.
[4] 徐英凯，朱姝，袁象恺，等.纺织结构碳纤维增强尼龙6（CFF/PA6）复合材料的模压成型工艺[J].塑料工业，2015（7）：54-57，74.
[5] 李宏福，姚瑞娟，王会平，等.碳纤维/尼龙6预浸料的制备及盒体的热冲压成型工艺[J].复合材料学报，2019，36（1）：57-65.
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