航空航天、汽車和體育用品等行業(yè)需要高性能材料作為基礎，而熱塑性碳纖維復合材料很契合這樣的需求。該類型復合材料結(jié)合了碳纖維卓越的機械性能和熱塑性樹脂的功能多樣性和耐用性，成為了不可多得的選擇之一。熱塑性碳纖維復合材料性能與自身材料特性息息相關，其中就包括基體樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），智上新材料帶你了解其性能與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）之間的關聯(lián)。
　　
 
　　什么是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）？
　　
　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是熱塑性基體樹脂從剛性的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦浀南鹉z態(tài)的溫度范圍。低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，聚合物鏈被凍結(jié)在適當?shù)奈恢茫瑥亩鴮е赂邉偠群偷头肿恿鲃有?；而高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，分子運動增加，導致剛度降低，柔韌性提高。
　　
　　在熱塑性碳纖維復合材料中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是一個關鍵閾值，它決定復合材料的工作溫度范圍，同時影響復合材料及相關制品的機械性能、尺寸穩(wěn)定性和耐環(huán)境性等，是生產(chǎn)加工和后續(xù)使用中至關重要的參考因素。
　　
 
　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對熱塑性碳纖維復合材料性能的影響
　　
　　1、機械性能：低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，熱塑性基體表現(xiàn)出高剛度和強度，這意味著復合材料的承載能力和尺寸穩(wěn)定性得到提高，應用于飛機機身或汽車框架等結(jié)構(gòu)時起到關鍵性作用。在接近或高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，會導致基體模量顯著下降，從而導致纖維和基體之間的界面結(jié)合減少，削弱復合材料的強度，導致載荷傳遞效率降低，以及在應力作用下可能出現(xiàn)故障。
　　
　　2、熱性能：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）可以認為是復合材料能夠可靠工作而不會顯著變形或機械性能損失的溫度上限。例如，具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）基體（如聚醚醚酮、聚苯硫醚），與之結(jié)合的復合材料則適用于高溫環(huán)境，如發(fā)動機部件。具有低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）基體（如聚乙烯、聚丙烯），與之結(jié)合的復合材料，可能在較高溫度下表現(xiàn)出熱軟化，從而限制了它們只能在要求不高的環(huán)境中使用。
　　
　　3、抗沖擊性和韌性：在接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，由于分子遷移率增加，熱塑性基體通常表現(xiàn)出更高的能量吸收能力，這可以增強復合材料的抗沖擊性。然而，由于基體的內(nèi)聚強度降低，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上進行過多的操作可能會損害沖擊性能。
　　
　　4、蠕變和長期耐久性：低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，基體在持續(xù)負載下可抵抗變形，從而隨著時間的推移保持復合材料的結(jié)構(gòu)完整性；而高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，蠕變行為加速，導致漸進變形，這會限制復合材料在結(jié)構(gòu)應用中的使用壽命。
　　
　　5、耐環(huán)境性：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）還影響基體對環(huán)境因素（如水分、化學品）的抵抗力，高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）基體通常表現(xiàn)出較低的吸水率和更好的耐化學性，這對于惡劣的應用場景更具有優(yōu)勢。
　　
 
　　可依據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來選用不同類型熱塑性碳纖維復合材料
　　
　　熱塑性碳纖維復合材料并不是唯一的，熱塑性基體樹脂種類繁多，諸如聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚酰胺、、聚乙烯和聚丙烯等等。對于不同應用場景和應用需求，可以選擇不同類型的熱塑性樹脂作為基體。在實際應用中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是一個重要的參考因素，畢竟它與性能有直接的關聯(lián)，因此在選用時需要重點考慮。
　　
　　1、高溫應用：對于航空航天和高性能汽車應用，聚醚醚酮和聚苯硫醚等基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）值高于 150°C ，出色的熱穩(wěn)定性是這一類應用中首要滿足的特性。
　　
　　2、中等溫度應用：對于消費品或運動器材等應用，具有中等玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）值的聚酰胺（尼龍）或聚對苯二甲酸乙二醇酯等基體，就可以提供不錯的性能，再綜合考慮生產(chǎn)成本，可以在性能和成本上達到較好的平衡。
　　
　　3、室溫應用：對于溫度要求不高的應用，較低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的材料（如聚丙烯）就已經(jīng)完全可以勝任，加上自身價格較低，生產(chǎn)加工難度不高，適用范圍較廣。
　　
 
　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對熱塑性碳纖維未來應用的一些影響
　　
　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是決定熱塑性碳纖維復合材料性能范圍的關鍵參數(shù)，通過前面的內(nèi)容介紹，相信大家已經(jīng)了解了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）及其對機械、熱和長期性能的影響。通過大量的嘗試，技術(shù)人員可以通過選擇不同類型基體樹脂，并利用特定的生產(chǎn)工藝和操作流程，制備出不同品類的熱塑性碳纖維復合材料。
　　
　　通過設計和開發(fā)具有定制玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）數(shù)值的熱塑性碳纖維復合材料，是一個值得研究的方向。研究的過程中，可以追求高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）基體與碳纖維結(jié)合而形成的高性能復合材料，以便在更惡劣場景下的應用；也可以研究在一個較低的生產(chǎn)成本前提下，找到性能最優(yōu)解的熱塑性碳纖維復合材料。