連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites, CFRTP)因其出色的力學(xué)性能和加工靈活性，在航空航天、汽車制造等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。特別是在汽車工業(yè)中，這類材料能夠滿足高強(qiáng)度、輕量化的需求，同時還能實(shí)現(xiàn)高效的批量生產(chǎn)。CFRTP材料成功應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)件中，跟其抗疲勞性能有著至關(guān)重要的關(guān)系。
抗疲勞性能的重要性
疲勞破壞是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件失效的主要原因之一，尤其是在承受反復(fù)載荷的應(yīng)用場景下。對于CFRTP而言，其抗疲勞性能不僅直接影響著部件的使用壽命，還關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。因此CFRTP產(chǎn)品想要多角度多方向應(yīng)用，它的疲勞行為就變得尤為重要。
抗疲勞性能優(yōu)異的原因
連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料之所以展現(xiàn)出優(yōu)秀的抗疲勞性能，主要有以下幾個原因：
連續(xù)碳纖維的約束作用：連續(xù)碳纖維在復(fù)合材料中起到關(guān)鍵的增強(qiáng)作用，能夠有效地分散和傳遞載荷。這種約束作用有助于抑制微裂紋的形成和發(fā)展，從而提高材料的整體疲勞壽命。
熱塑性基體的獨(dú)特性質(zhì)：熱塑性樹脂基體如聚醚醚酮(PEEK)具有較好的韌性，能夠在一定程度上吸收能量，延緩裂紋擴(kuò)展。此外，熱塑性樹脂通常具有較低的固化收縮率和較好的尺寸穩(wěn)定性，這些都有助于減少內(nèi)部應(yīng)力集中，進(jìn)而提高抗疲勞性能。
良好的界面結(jié)合：連續(xù)碳纖維與熱塑性樹脂之間的良好界面結(jié)合能夠有效傳遞應(yīng)力，減少界面處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，有助于提高復(fù)合材料的疲勞耐久性。智上新材料的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性單向帶進(jìn)行截面觀察，整個的碳絲均勻的分布在樹脂中，并沒有出現(xiàn)大面積的富樹脂區(qū)或貧樹脂區(qū)，這就使得材料整個的界面結(jié)合性更好，能夠提供更好的抗疲勞性。在不斷的技術(shù)迭代過程中，前后拿出幾十個不同的設(shè)計方案，并總結(jié)出上百個工藝技術(shù)改進(jìn)點(diǎn)，從而才完成連續(xù)碳纖維跟熱塑性樹脂完美浸漬。
微裂紋控制：CFRTP在疲勞過程中，微裂紋的形成和擴(kuò)展受到有效控制，這主要?dú)w功于連續(xù)碳纖維的約束作用以及熱塑性樹脂基體的延展性。
實(shí)驗(yàn)測試
根據(jù)客戶要求進(jìn)行的相關(guān)沖擊斷裂實(shí)驗(yàn)也給出了類似的結(jié)論，在進(jìn)行抗疲勞性能測試中，采用四點(diǎn)彎曲法進(jìn)行了靜態(tài)和疲勞測試。在不同的應(yīng)力比對下CFRTP材料仍能展現(xiàn)出良好的抗疲勞性能。值得注意的是，盡管熱塑性樹脂基體本身具有固有的延展性，但在復(fù)合材料中，這種延展性并未顯著影響材料的整體疲勞敏感性。這意味著CFRTP能夠在保持良好機(jī)械性能的同時，展現(xiàn)出與熱固性基體復(fù)合材料相似的疲勞表現(xiàn)。值得注意的是整個的CFRTP材料的抗疲勞性跟材料靜態(tài)強(qiáng)度也非常有關(guān)系，在采用R=0.1和R=0.5不同材料對比的情況下，會有性能上的區(qū)別。
連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的抗疲勞性能，這得益于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和材料組合�？梢詾槠�、飛機(jī)等高負(fù)荷應(yīng)用提供更好的支撐。未來，隨著更多針對CFRTP疲勞行為的深度研發(fā)，這類材料將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其巨大的應(yīng)用潛力。
