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碳纖維增強尼龍（CF/PA）
碳纖維具有質(zhì)輕,、拉伸強度高,、耐磨損、耐腐蝕,、抗蠕變,、導電、傳熱等特點,，與玻璃纖維相比,，模量高3??5倍,，因而是一種獲得高剛性和高強度尼龍材料的優(yōu)良增強材料。
碳纖維增強尼龍材料近年來發(fā)展很快,，因為尼龍和碳纖維都是各自領(lǐng)域性能優(yōu)異的材料,，其復合材料綜合體現(xiàn)了二者的優(yōu)越性，強度與剛性比未增強的尼龍高很多,，高溫蠕變小,，熱穩(wěn)定性顯著提高，尺寸精度好,，耐磨,，阻尼性優(yōu)良，與玻纖增強尼龍相比有更好的綜合性能,，如表所示,。
增強纖維 | 碳纖維 | 玻璃纖維 30% | ||||
特性 | 測試方法 | 15% | 30% | 40% | 無添加 | |
相對密度 | JIS K7112 | 1.20 | 1.26 | 1.32 | 1.40 | 1.14 |
拉伸強度/MPa | ASTM D638 | 117 | 182 | 235 | 170 | 80 |
(76) | (116) | (165) | (100) | (55) | ||
斷裂伸長率/% | ASTM D638 | 4 (6） | 4 (4) | 3. 5 （4） | 5 (4.5) | 60 (200) |
彎曲強度/MPa | ASTM D790 | 210 | 270 | 330 | 260 | 130 |
(101) | (197) | (264) | (125) | (65) | ||
彎曲彈性模量/MPa | ASTM D790 | 9400 | 16100 | 22000 | 8000 | 3300 |
(49) | (106) | (154) | (40) | (12) | ||
缺口沖擊強度/(kJ/m2) | ASTM D256 | 4(7) | 5. 5(8) | 4(7) | 7(9) | 4(14) |
洛氏硬度（R標準） | ASTM D785 | 121(102) | 122(106) | 124(118) | 120(113) | 118(100) |
彎曲疲勞強度（106次)/旨3 | ASTM D671 | 43(30) | 58(43) | ― | 37(20) | |
吸水率（23℃，24h）% | ASTM D670 | 0.8 | 0.65 | 0.65 | 0.7 | 1.5 |
線脹系數(shù)/(105/K〉 | ASTM D696 | 1.3/10 | 0.7/8 | 0.6/6 | 1.5/8 | 10/10 |
成型收縮率(流動方向）/% | ASTM D955 | 0.15 | 0.05 | 0.03 | 0.29 | 1.80 |
熱變形溫度（1.82MPa）/℃ | ASTM D648 | 248 | 250 | 250 | 248 | 66 |
熱導率［W/(M*K)］ | ASTM C177 | 0.41 | 0.52 | 0.7 | 0.35 | 0.23 |
動摩擦因數(shù) | 東麗法 | 0.07 | 0.2 | 0.36 | 0.15 | 0.23 |
磨耗量/[g/m2) ? h] | 東曲法 | |||||
試料 | 4.0 | 11.0 | 14.0 | 15.0 | 7.0 | |
對磨材料（S45C) | 0.2 | 0.1 | 0.2 | 1.9 | 0.2 | |
體積電阻率/Ω ? cm | ASTM D257 | 100~1000 | 10~100 | 10~100 | 1017 | 1017 |
碳纖維是綜合性能很全面的材料之一,，其價格也較為昂貴,。使用碳纖維增強尼龍，在提高尼龍的多項性能的同時,，也使得制成品的成本及加工難度相應提高,。因此在滿足使用條件及設計余量的情況下，碳纖維有一經(jīng)濟加入量,。通過實驗,，發(fā)現(xiàn)碳纖維加入量與制成的復合材料力學性能之間存在著圖所示的半定量關(guān)系。
碳纖維/尼龍復合材料具備了代替金屬的優(yōu)異性能,，且質(zhì)輕高韌,，易于加工，其應用范圍幾乎涉及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,。
1.汽車工業(yè) 碳纖維增強尼龍復合材料廣泛應用于汽車工業(yè),，這主要是因為上述材料的耐油性、耐磨性和抗蠕變性**,，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料時具有重量輕的優(yōu)勢,。包括PA66 在內(nèi)的多種工程塑料被碳纖維增強后正逐漸取代早先汽車用金屬壓鑄構(gòu)件，如燃料箱等,。在美國,、西歐和日本，尼龍幾乎用于汽車的所有部位,，如發(fā)動機部位,、電氣部位和車體部位。碳纖維增強尼龍復合材料具有較強的耐疲勞能力,，這種特性使其應用于汽車內(nèi)燃機同步驅(qū)動齒輪的制造,。德國重型柴油機就使用了這種材料制造齒輪,、管接頭等零件。
2.國防工業(yè) 美國印第安納Wikon-Fiberfil公司開發(fā)了含碳纖維40%的PA66復合材料,，牌號為NylamM1501,，其性能超過目前使用的其它高強度材料。這種材料可代替金屬,，主要用于國防與宇航領(lǐng)域,。美國MX導彈使用40%碳纖維增強PA66代替鋁合金制造導彈發(fā)動機部件。英國亨廷公司開發(fā)的火箭筒的筒體大部分為碳纖維增強尼龍制造,，兩節(jié)型的發(fā)射筒用長纖維卷繞法制造,，箭彈彈尾也由上述材料制成。
3.航空航天 美國比奇飛機公司研制的雙發(fā)小型公務機,，其主機翼,、鴨翼、穩(wěn)定翼,、短艙等70%的部分使用了碳纖維增強/環(huán)氧/尼龍材料，新材料比傳統(tǒng)的鋁材輕19%,，這對提高速度,、節(jié)省燃料極其有利。美國LNP公司使用碳纖維增強PA612制造波音757飛機發(fā)動機上的一些部件,。他們用碳纖維加入量40%的PA612注射成型尺寸為20.32cm× 30.48cm,、厚度為0.0381cm的發(fā)動機氣窗部件，有效使用期達20年以上,，具有良好的經(jīng)濟性和長效性,。目前，波音公司正在用其制造民用飛機的機艙,。
4.文體用品 日本Osaka公司計劃使用反應式注射方式生產(chǎn)尼龍/長碳纖維復合材料以滿足生產(chǎn)文體用品的要求,。具體做法是：先使尼龍單體與預先放置的連續(xù)纖維進行混合，注射成型時再引發(fā)聚合使其成型,。此方式適用于制造薄壁型產(chǎn)品,。該公司計劃使用其制造網(wǎng)球拍和高爾夫球棒，也可用其制造頭盔,、汽車防撞杠和機器人手臂等,。
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