熱固性碳纖維復合材料是當下性能較為完善且應用較為廣泛的纖維增強體復合材料，但它的脆性較大、抗沖擊性較弱，因此經常被詬病。隨后部分科研人員將目光轉向熱塑性樹脂上面，但早期的熱塑性樹脂的性能還不如熱固性的環(huán)氧樹脂等，直到20世紀80年代，高性能熱塑性樹脂相繼出現，美國航天局發(fā)起了關于高性能熱塑性復合材料的早期研究，但進展緩慢。
　　
 
　　隨著時間的推移，高性能熱塑性樹脂經過了幾十年的發(fā)展，初具規(guī)模。在現有的熱塑性樹脂中，聚芳醚酮類（PEKK、PEEK等）、聚苯硫醚（PPS）這些新型樹脂相繼出現，這些熱塑性樹脂具備優(yōu)良的力學性能（高抗拉強度、高彈性模量），同時具備較好的韌性和熱穩(wěn)定性，還具有不錯的化學惰性，與碳纖維相結合后，可以形成綜合性能更好的熱塑性碳纖維復合材料。該類型復合材料不僅在航空航天領域備受青睞，而且在工業(yè)發(fā)展中不斷輻射到其他領域和行業(yè)。
　　
 
　　環(huán)境因素對熱塑性碳纖維復合材料具有天然的破壞性
　　
　　自然環(huán)境中存在不少干擾因素，如風、水、光照、氧氣等，這些因素會對所有身處其中的物體造成一定的干擾和破壞作用，熱塑性碳纖維復合材料自然也無法幸免。自然環(huán)境中，太陽光照對于熱塑性碳纖維復合材料的影響一直存在，但是關于這方面的研究卻并不算多。通過前人對此的研究發(fā)現，太陽光長時間照射，可以對熱塑性碳纖維復合材料造成熱降解和光降解。
 
　　熱降解主要是高溫導致樹脂軟化，影響復合材料穩(wěn)定的外在形態(tài)，破壞物理結構，導致了性能大幅下降。而光降解主要是紫外線部分引起，紫外線會對熱塑性碳纖維復合材料帶來極大的負面影響，如氧化、鏈斷裂和交聯等。鏈斷裂打破原有的分子鏈狀態(tài)，影響物理結構和性能，而交聯會限制分子的遷移率，導致復合材料脆性增大。
 
 
　　有國外科研團隊，就太陽中紫外線對熱塑性復合材料機械性能的影響做了一些深入的研究和測試，測試中以碳纖維聚苯硫醚（CF/PPS）復合材料層壓板為基礎，長時間進行紫外線照射實驗，再通過接觸角測角儀、差示掃描量熱法（DSC）、動態(tài)力學分析（DMA）和拉伸實驗這4種方式，對該不同照射時長的CF/PPS層壓板進行多方位的數據測算，以求獲取更完整精確的結果。
 
　　紫外線對碳纖維增強聚苯硫醚復合材料機械性能的影響
　　
 
　　1、接觸角測角儀測試：使用光學接觸角測角儀測量參考樣品和紫外暴露樣品的接觸角，小接觸角(u<<90°)表示親水條件。作為參考以未被紫外線照射的CF/PPS層壓板為參考，它的接觸角為86~90°。在紫外線照射120、240、360和480小時的CF/PPS層壓板的接觸角分別為為66.6°、65°、51°和44.7°。接觸角值的降低表明，紫外線被復合材料中的PPS聚合物吸收，導致了CF/PPS復合材料表面潤濕性的增加，顯示出復合材料有高吸濕和降解反應。
　　
 
　　2、差示掃描量熱法（DSC）測試：采用DSC分析參考樣品和紫外暴露樣品的結晶度，結晶度對聚合物的性能起著至關重要的作用，結晶度（%）較高的復合材料具有更好的拉伸強度和彈性模量。研究發(fā)現未被紫外線照射的CF/PPS層壓板的結晶度在30~34%之間，而從DSC掃描來看，CF/PPS層壓板在經過120、240、360和480小時的紫外線照射下，結晶度分別是35.8%、39.3%、42.9%和37.7%，結晶度呈現上升又回落的變化，但紫外線照射后的結晶度均高于未經紫外線照射前的結晶度，這是紫外線為結晶過程提供了更多的能量。
 
　　
　　3、動態(tài)力學分析（DMA）測試：根據ASTMD7028標準，采用DMA分析CF/PPS層壓板的玻璃化轉變溫度(Tg)。未經紫外線照射的CF/PPS層壓板的Tg值為89.32℃，120小時和240小時的紫外線照射略微增加了CF/PPS層壓板的Tg，分為為92.11℃和92.66℃。分析原因可能是結晶度的增加，分子結構變得更加有序，并限制了半晶態(tài)聚合物中的非晶態(tài)區(qū)域的運動。而在360小時和480小時紫外線照射下，Tg值大幅降低，分別為84.04℃和91.94℃，低于未經紫外線照射的CF/PPS層壓板的Tg值。Tg值的下降是因為復合材料中分子量的降低導致，而紫外線長時間照射，會導致鏈斷裂機制出現，這才是CF/PPS層壓板出現光降解的根本原因。
　　
 
　　4、拉伸試驗測試：采用拉伸試驗進行測試，觀察受紫外線照射的試樣的拉伸性能的變化。經過測試對比，未經紫外線照射的CF/PPS層壓板在0°方向的抗拉強度為580.06MPa，而經過120、240、360和480小時紫外線照射的CF/PPS層壓板在0°方向的抗拉強度分別為644.26MPa、703.05MPa、654.23MPa和604.013MPa。結果顯示，結晶度隨著紫外線照射時間的增加而增加，同時也提高了材料的抗拉強度，但較長時間的紫外線照射，會導致鏈式斷裂反應的光氧化降解比結晶度的影響更明顯，從而導致強度的陡然降低。
　　
 
　　實驗結論顯示，長時間的紫外線照射會對熱塑性碳纖維復合材料的機械性能帶來較大的影響，短時間內可能有正向影響，但是長時間狀態(tài)下，更多的是負面影響。這種影響其實不僅僅處于性能層面，更會影響熱塑性碳纖維復合材料的制備和應用。熱塑性碳纖維復合材料的生產制備具有極高的技術門檻，需要極強的技術和豐富的經驗為基礎，目前國內能夠從事連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料制備的企業(yè)屈指可數。智上新材料作為其中其中的一員，深知其中的不易，希望隨著國內碳纖維技術的進步，國產碳纖維產業(yè)的發(fā)展能夠越來越好。