Efter årtiers udvikling er højtydende avanceret kompositmateriale kulfiber blevet en af de foretrukne materialeløsninger til opgradering af rumfart, jernbanetransport, intelligent maskineri, avanceret medicinsk udstyr og forskellige civile produkter. Kulfiberkompositmaterialer har ydeevnefordele såsom let vægt, høj styrke, lav krybning, korrosionsbestandighed og træthedsbestandighed. Men når man opfylder særlige behov, er der stadig visse problemer eller mangler. Hvordan man effektivt kan forbedre disse problemer og forbedre anvendelsesværdien af kulfiberkompositmaterialer er det spørgsmål, der skal udforskes i denne artikel.
1. Hærdning
Kulfiberforstærkede kompositmaterialer har høj styrke og god ydeevne, men den specielle støbeproces af kompositmaterialer kan have en negativ indvirkning på deres slagfasthed, brudsejhed og delamineringsstyrke. Kulfiberkompositmaterialer vil danne forskellige fejlmekanismer under mekaniske belastninger. Når først den frigivne belastningsenergi overstiger den energi, der kræves for at skabe et nyt overfladeareal eller generere plastisk deformation nær revnespidsen, kan der opstå alvorlige konsekvenser under disse stadier af sprækkeudbredelse.
Tilsætning af hærdemidler til harpiks er en konventionel metode til at løse skørheden og den lette forekomst af små revner i kulfibermaterialer. Dog har sejhedsforbedrende partikler generelt dårlig spredning og danner ofte områder med høj og lav partikeltæthed, hvilket kan reducere den samlede ydeevne af kompositmaterialer. På nuværende tidspunkt begynder udviklede lande som Europa og Amerika at lægge nanofibermembraner mellem prepreg-lagene. Disse membraner øger ikke tykkelsen og vægten af prepreg, men kan fungere som nanoskala forstærkende materialer til skør harpiksmatrix i mellemlagsområdet og i sidste ende danner en sejere harpiks (som kan bruges sammen med andre hærdningssystemer). Denne løsning er gavnlig til at forbedre anti-delaminering, skadetolerance og anti-træthedsegenskaber af kulfiberkompositmaterialer, hvilket reducerer forekomsten af små revner under tryk eller stød.
2. Termoplast
På nuværende tidspunkt er de mest udbredte kulfiberkompositmaterialer i Kina stadig hovedsageligt baseret på epoxyharpiks. Dette termohærdende kulfiberkompositmateriale kan opfylde generelle industrielle eller civile behov, men for nogle komponenter med ekstremt høje ydeevnekrav er der stadig et vist hul i højtemperaturbestandighed og slidstyrke af epoxybaserede kulfiberkompositmaterialer. Af denne grund søger mange virksomheder i kulfiberindustrien aktivt løsninger.
For kulfiberkompositmaterialesystemer er det ikke kun svært at opnå både høj styrke og høj temperaturbestandighed, men også ydeevnefordele såsom slidstyrke vil være gensidigt begrænset. Hovedårsagen til, at kulfiberkompositmaterialer ikke er modstandsdygtige over for høje temperaturer, skyldes matrixmaterialet. Tidligere blev varmebestandigheden af kompositmaterialer normalt forbedret ved at tilføje bismaleimid og andre metoder, men de endelige resultater var stadig ikke særlig ideelle. På nuværende tidspunkt kan lokaliseringen af ensrettet prepreg såsom kontinuerlig kulfiberforstærket PPS/PES/PA6/PEEK erstatte termohærdende kulfibermaterialer i specielle eller high-end komponenter, hvilket kan forbedre de omfattende fordele ved kulfibermaterialer såsom høj styrke, høj temperaturbestandighed, god slidstyrke, korrosionsbestandighed og høj sikkerhedsfaktor. Det er blevet en af de foretrukne løsninger til kulfiberkompositmaterialer, der ikke er modstandsdygtige over for høj temperatur og slid.