聚酰胺樹脂(尼龍，PA)，作為一種多功能熱塑性聚合物，因其優(yōu)異的機(jī)械性能、低摩擦系數(shù)和優(yōu)良的沖擊強(qiáng)度而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。然而，在面對高端產(chǎn)業(yè)對產(chǎn)品性能的更高要求時，如智能設(shè)備、高端醫(yī)療和新能源等，傳統(tǒng)PA材料在耐熱、尺寸穩(wěn)定性等方面的局限性逐漸顯現(xiàn)。為解決這些問題，碳纖維(CF)與PA結(jié)合形成的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料應(yīng)運而生，這類材料不僅顯著提升了力學(xué)性能，而且在耐磨性和其他物理特性上也表現(xiàn)出色。

　　在《The Friction and Wear Properties of Thermoplastic PA6 Composites Filled with Carbon Fiber》一文中評估了CF/PA復(fù)合材料的性能，選擇采用不同體積百分比(10vol%，20vol%，30vol%)的碳纖維作為增強(qiáng)體。在控制濕度(30~45%)、設(shè)定載荷力(0~16N)和摩擦頻率(0~12Hz)條件下進(jìn)行了往復(fù)滑動摩擦磨損測試。

　　摩擦系數(shù)變化

　　在9N載荷力和4Hz摩擦頻率下，純PA試樣的摩擦系數(shù)隨時間迅速上升;20wt%和30wt%的CF/PA復(fù)合材料試樣的摩擦系數(shù)隨時間增加呈現(xiàn)拋物線趨勢;而10wt%的CF/PA試樣摩擦系數(shù)則先增后減，最終再次上升。

　　整體而言，加入碳纖維后的CF/PA復(fù)合材料的摩擦系數(shù)低于純PA，特別是20wt% CF/PA復(fù)合材料顯示出最低的摩擦系數(shù)。這是因為碳纖維表面的微結(jié)構(gòu)或碳纖維與基體界面間的相互作用，在摩擦過程中可能起到了一定的潤滑效果，從而降低了摩擦系數(shù)。

　　摩擦損傷體積

　　在相同的載荷力或摩擦頻率條件下，純PA試樣的摩擦損傷體積最大，而20wt% CF/PA復(fù)合材料的摩擦損傷體積最小，表明其具有更好的耐磨性。當(dāng)載荷力提升至9~15N時，30wt% CF/PA復(fù)合材料的摩擦損傷體積突然大幅增加，這可能是由于過高的碳纖維含量導(dǎo)致了復(fù)合材料內(nèi)部應(yīng)力集中。

　　SEM掃描結(jié)果顯示，純PA試樣表面存在明顯的微裂紋和剝離現(xiàn)象，而CF/PA復(fù)合材料的磨損痕跡明顯減少，尤其是20wt% CF/PA復(fù)合材料，幾乎沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。這說明適量的碳纖維能夠有效支撐來自接觸面的負(fù)荷，防止材料分離。

　　在CFPA6實際生產(chǎn)中，智上新材料科技發(fā)現(xiàn)，樹脂浸漬的效果也會直接影響到復(fù)材的性能，其中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比30%的連續(xù)碳纖維與PA樹脂相互熔融時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量與純PA樹脂相比，提高最為明顯，能夠達(dá)到2-3倍。這也充分證明了通過碳纖維增強(qiáng)下的熱塑性樹脂性能得到了大幅度的提升。

　　隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，未來CF/PA復(fù)合材料有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在需要承受高溫、潮濕及易磨損環(huán)境的應(yīng)用場景中。智上新材料科技致力于推動高性能碳纖維復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用，通過不斷優(yōu)化熱塑性樹脂基體與連續(xù)碳纖維的復(fù)合工藝，成功開發(fā)了一系列適用于極端環(huán)境的高性能復(fù)合材料。這些成果不僅為傳統(tǒng)有機(jī)、無機(jī)復(fù)合材料帶來了強(qiáng)有力的競爭挑戰(zhàn)，也為高性能復(fù)合材料開辟了新的市場空間。隨著雙碳目標(biāo)的推進(jìn)，智上新材將繼續(xù)深耕碳纖維零部件制造領(lǐng)域，進(jìn)一步擴(kuò)大自身的技術(shù)實力及領(lǐng)先優(yōu)勢，助力我國高性能復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

　　論文來源：https://doi.org/10.1177/0892705708103397