日本开发出新型热塑性碳纤维复合材料 高强度、具有防静电特性

日前,日本的金泽工业大学与从事工业废弃物处理和回收的三荣兴业公司合作,开发出了比以往的碳纤维复合材料强度更高,而且抗静电性能优异的新型热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)。研究团队开发了一种”增容剂“,不仅抑制了传统相容剂导致碳纤维复合材料导电性的降低的问题,而且即使碳纤维的纤维长度短,在保持刚性的同时,也能够提高注射成形和挤出成形等成形性。

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新材料的性能


此次开发的热塑性碳纤维复合材料有望应用于要求具备高比强度和高比弹性模量等机械特性的汽车及飞机相关构件和建材等,此外,在需要具备高水平抗静电性能的半导体等精密部件的成型领域,其利用价值也非常高,预计今后存在很大需求。


碳纤维增强热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体,以碳纤维为增强体的复合材料。混合碳纤维和树脂就能形成轻量坚固的材料,近年来,这种碳纤维复合材料在要求节能的飞机和汽车领域的用途不断扩大。但碳纤维与树脂的相容性通常比较差,因此很多时候无法充分混合,强度方面存在课题。另外,树脂具备电绝缘性,而半导体和电子部件等精密部件领域尤其需要不带静电等的导电性优异的复合材料。

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作为促进碳纤维与树脂混合的“增容剂”,以前一直使用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP),但采用MAPP的复合材料由于碳纤维与树脂之间是通过点来粘合,而不是面,因此存在界面粘合性能不足(粘合力弱)、无法充分获得导电性能的问题。另外,要想提高复合材料的界面粘合性,必须大量添加MAPP,这样就带来复合材料的导电性会降低的问题。


金泽工业大学与三荣兴业的研究团队共同开发的iPP-PAA(等规聚丙烯聚丙烯酸共聚体)使用的增容剂是使碳纤维与树脂通过面结合,少量使用就能提高界面粘合性,因此能实现不仅机械特性优异(高比强度、高比弹性模量)、导电性(抗静电)也非常出色的复合材料。


此外,IPP-PAA具有与基材PP相同的结晶度,并且熔点比MAPP高20°C。可以控制两端的反应性极性聚合物的分子量和官能团。


利用本次的发明,即使是碳纤维长度为0.1——50mm的短纤维也能确保刚性,因此还可以提高热塑性碳纤维复合材料的注射成型和挤压成型等成型性,有望在广泛的领域扩大用途。


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