碳纖維增強熱塑性復合材料(CFRTP)因其卓越的力學性能和加工靈活性，在航空航天、汽車制造等多個領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。特別是當采用連續(xù)碳纖維作為增強相時，這種材料的性能優(yōu)勢更為明顯。在不斷的科研中就能發(fā)現(xiàn)，本文我們結合現(xiàn)有文獻來剖析連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料相比短切碳纖維增強材料為何更受關注。

　　兩種不同長度的碳纖維：一種是短切碳纖維(SCF)，長度約為150-200微米;另一種是連續(xù)碳纖維，長度為預浸帶長度。進行一系列力學性能測試，包括拉伸、彎曲和壓縮強度。

　　性能比對

　　兩種碳纖維復合不同天數(shù)下的細胞毒性

　　力學性能：結果顯示，連續(xù)碳纖維的PEEK復合材料(CF-PEEK)在拉伸、彎曲和壓縮強度方面都遠超含有短切碳纖維的PEEK復合材料(SCF-PEEK)。數(shù)值上CF-PEEK的拉伸強度、彎曲強度和壓縮強度能夠達到SCF-PEEK的3倍。

　　模量匹配：兩種復合材料的彈性模量與人骨的彈性模量非常接近。除此之外，研究的原材料CFPEEK材料在細胞毒性試驗和血液相容性評估結果中，均表現(xiàn)出輕微的毒性，沒有溶血的不良反應，進行全身毒性試驗的組織病理切片分析，也表明了該材料對于生物體沒有明顯的急性毒性。促使了碳纖維+PEEK復材制造的制品在生物醫(yī)學應用變得尤為重要，因此能夠受到該領域的特別關注。

　　界面性能：掃描電子顯微鏡觀察顯示，在連續(xù)碳纖維PEEK的內部，碳纖維與PEEK基體之間的界面結合更多，進行纖維拔出過程，需要更大的拉伸力，讓其性能也遠超SCF-PEEK，纖維拔出的現(xiàn)象相比SCF-PEEK要少很多。

　　優(yōu)勢分析

　　兩種碳纖維復材斷裂截面對比

　　連續(xù)碳纖維與短切碳纖維在長度上有不同，連續(xù)碳纖維在復合材料中是連續(xù)不斷的，而不是被剪切成一定長度。這意味著在力學性能上，連續(xù)碳纖維復合材料會表現(xiàn)出更好的性能，具體原因如下：

　　- 連續(xù)性帶來的力學優(yōu)勢：連續(xù)碳纖維能夠沿整個復合材料的長度方向不間斷地傳遞應力，最大限度地利用了碳纖維的高強度和高模量特性。在進行PEEK與CFPEEK對比中，添加了連續(xù)CF的PEEK材料性能整體能夠提升接近2倍。

　　- 更少的界面問題：相比于短纖或者引申到的長纖碳纖維，連續(xù)碳纖維在復合材料中不存在纖維端部，這減少了纖維端部引起的應力集中問題，從而降低了裂紋的形成可能性。

　　- 更均勻的應力分布：連續(xù)碳纖維能夠更均勻地分布應力，避免了由纖維斷裂或纖維端部造成的局部應力集中，提高了材料的整體強度和剛度。

　　- 更佳的纖維-基體相互作用：連續(xù)碳纖維與基體之間形成的界面更加穩(wěn)定，減少了纖維拔出的風險，從而提高了復合材料的強度。

　　能夠看出，想要CFPEEK復合材料想要高性能的重點，跟纖維與樹脂浸漬有非常大的關系，關系到材料性能優(yōu)劣。同時該重點也是連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料制備的難點，需要克服熱塑性樹脂低熔體流動速率和高成型溫度不利于樹脂對纖維的浸漬以及熱塑性預浸料在常溫環(huán)境下無黏性、硬挺度高等一系列的問題。率先跨過這一門檻的國內碳纖維企業(yè)——智上新材料科技給出的答案是：需要結合設備、工藝、產(chǎn)品等多方面進行創(chuàng)新性優(yōu)化，不能固守成規(guī)，才能有效避免了傳統(tǒng)制備工藝為降低樹脂黏度而帶來的韌性和疲勞性能方面的缺陷，創(chuàng)造性的生產(chǎn)出滿足市場需求的高性能CFRTP材料，在即將到來的第二十七屆國際復材展上，智上新材料也將會亮相國內率先完成的CFRTP編織帶復材產(chǎn)品，進一步拉進了該材料與國外技術的距離。

　　未來，再通過技術的不斷改進，進一步提升碳纖維與熱塑性樹脂之間的界面結合，能夠給我們帶來更環(huán)保更高性能的復材，也使其在更多領域得到廣泛應用。

　　部分內容參考文獻：doi.org/10.1080/09205063.2019.1659711