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)異的機械性能、低摩擦系數(shù)和優(yōu)良的沖擊強度而被廣泛應(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)量分數(shù)占比30%的連續(xù)碳纖維與PA樹脂相互熔融時，復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲彈性模量與純PA樹脂相比，提高最為明顯，能夠達到2-3倍。這也充分證明了通過碳纖維增強下的熱塑性樹脂性能得到了大幅度的提升。

　　隨著科技的進步和技術(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、無機復(fù)合材料帶來了強有力的競爭挑戰(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，智上新材將繼續(xù)深耕碳纖維零部件制造領(lǐng)域，進一步擴大自身的技術(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