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连续纤维增强热塑性复合材料制备及界面结合的研究
摘要
连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）是一种具有优异性能的轻质高强材料，因其独特的力学特性和成本效益受到广泛的关注。然而，CFRTP的制备过程和界面结合问题都是制约其应用的关键因素。本文综述了CFRTP的制备方法，分析了界面结合问题，并提出了一些改进措施，以期对CFRTP的制备和应用提供指导和帮助。
关键词：连续纤维增强热塑性复合材料；制备方法；界面结合；改进措施
1.引言
CFRTP是近年来发展迅速的一种轻质高强材料，由于其比强度和比刚度优异，被广泛应用于航空、汽车和船舶等领域。与传统的连续纤维增强热固性复合材料（CFRP）相比，CFRTP具有较大的成本优势和在复杂条件下的可塑性。因此，CFRTP的研究和应用成为研究和社会关注的焦点。
CFRTP的制备方法可以分为手工层积法、预浸法、叠层注塑法、粘结法等。其中，预浸法是目前应用最广泛的一种，其主要特点是可节省生产时间、操作简单、加工灵活性大。与热固性复合材料相比，CFRTP能够采用热成型法进行再加工制造，并且具有高显热效应、高热稳定性、可再加工性等优点。
然而，CFRTP的制备和界面结合问题也面临许多挑战。制备过程中，树脂的溶剂挥发会引起纤维解体、树脂固化时间长易造成生产效率低下等问题。同时，因为树脂和纤维材料之间吸附力差，导致材料的性能没有得到充分的发挥。如何优化制备方法和改善界面结合成为CFRTP研究的重点。
2.CFRTP的制备方法
2.1手工层积法
手工层积法是最简单、最原始的制备方法，通过手工将纤维和树脂衔接成一层层的复合材料，然后经过压实、固化、热处理等工艺制成。手工层积法制备过程简单、易于掌握，适合试制小批量样品。然而，手工制备方法存在操作技巧要求高、生产效率低、产品性能不稳定等问题。
2.2预浸法
预浸法也叫湿式法，其主要特点是将纤维经过表面活化处理后浸入含有树脂的浸渍料中，以获得先进的树脂浸渍纤维（prepreg），再将prepreg粘合成复合材料。预浸法制备CFRTP的优点是树脂含量可调节、板材厚度均匀、纤维分布规律以及良好的力学性能。但是，预浸法的制备成本较高，设备要求高，需要自动化的浸渍设备和精密的纤维布料设备。同时，由于浸渍液存在定量问题，因此预浸法无法制备加强度非常高的CFRTP。
2.3叠层注塑法
叠层注塑法是将已经切割好形状的纤维和树脂颗粒混合后通过注塑机进行热熔注塑的方法。叠层注塑法的优点是可以制备具有三维结构的复合件、生产效率高、稳定性好、与传统注塑工艺相似。不过叠层注塑法的成本较高，对设备、材料和工艺的要求也较高。
2.4粘结法
粘结法是将纤维和树脂经过表面活化后涂上胶液，叠压成板材后，利用热压形成的方法。粘结法制备CFRTP的优点是不需要浸渍设备，生产过程具有灵活性、适用性强。但是，粘结法需要胶液的处理，因此制备成本较高，而且胶液会对复合材料的材料性能造成影响。
3.CFRTP的界面结合
CFRTP由于树脂和纤维之间的吸附力差，导致其强度和韧性不能充分发挥，对CFRTP的界面结合进行优化是制备高性能CFRTP的重要措施。当前改善界面结合的方法主要有纳米增强材料、化学处理、表面涂层和电泳等。
3.1纳米增强材料
利用纳米增强材料如纳米氧化铝、纳米硅、纳米碳等加入到树脂和纤维之间的界面中，能够提高CFRTP的力学性能和抗氧化性能。纳米增强材料能够填充纤维和树脂之间的空隙，形成网格结构，提高界面强度和加强效果，从而提高CFRTP的力学性能。
3.2化学处理
化学处理主要是通过对纤维和树脂表面进行化学改性，以改善界面结合。例如对纤维表面进行活化，防止纤维损伤和腐蚀，增加树脂与纤维之间的结合强度。同时也可以通过改变树脂的化学组成，以增加和纤维之间的黏附力。
3.3表面涂层
表面涂层通过在树脂和纤维表面添加一层薄膜，强化其之间的界面结合。涂层材料需要具有良好的黏附力、膜层厚度均匀和对CFRTP的性能无负面影响。
3.4电泳
电泳是将带有电荷的纳米颗粒通过离子反应沉积在树脂和纤维表面，从而构筑较为稳定的界面结合。它能够提高树脂与纤维之间的结合性能，强化复合材料的力学性能和疲劳寿命。
4.改进措施
4.1优化制备条件
在CFRTP的制备过程中，需要优化制备条件以提高CFRTP的性能和生产效率。例如通过控制浸渍液的浓度、温度和时间等，调节纤维和树脂之间的比例和程度，以获得具有均匀性、稳定性和强度的CFRTP。同时，采用自动化控制设备，可提高生产效率和质量稳定性。
4.2选择合适的纤维和树脂
选择合适的纤维和树脂材料，以提高CFRTP的性能和应用价值。例如选择纤维强度高、韧性好、阻燃性强的碳纤维，而树脂则选择丙烯酸酯乳液、丙烯酸乳液、环氧树脂等，以获得性能优异的CFRTP。
4.3采用新型的技术方法