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(chǔ)，而熱塑性碳纖維復(fù)合材料很契合這樣的需求。該類型復(fù)合材料結(jié)合了碳纖維卓越的機(jī)械性能和熱塑性樹(shù)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(fù)合材料性能與自身材料特性息息相關(guān)，其中就包括基體樹(shù)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(guān)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(shù)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(shí)，聚合物鏈被凍結(jié)在適當(dāng)?shù)奈恢茫瑥亩鴮?dǎo)致高剛度和低分子流動(dòng)性；而高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)增加，導(dǎo)致剛度降低，柔韌性提高。
　　
　　在熱塑性碳纖維復(fù)合材料中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是一個(gè)關(guān)鍵閾值，它決定復(fù)合材料的工作溫度范圍，同時(shí)影響復(fù)合材料及相關(guān)制品的機(jī)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(guān)重要的參考因素。
　　
 
　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對(duì)熱塑性碳纖維復(fù)合材料性能的影響
　　
　　1、機(jī)械性能：低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，熱塑性基體表現(xiàn)出高剛度和強(qiáng)度，這意味著復(fù)合材料的承載能力和尺寸穩(wěn)定性得到提高，應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身或汽車框架等結(jié)構(gòu)時(shí)起到關(guān)鍵性作用。在接近或高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致基體模量顯著下降，從而導(dǎo)致纖維和基體之間的界面結(jié)合減少，削弱復(fù)合材料的強(qiáng)度，導(dǎo)致載荷傳遞效率降低，以及在應(yīng)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(rèn)為是復(fù)合材料能夠可靠工作而不會(huì)顯著變形或機(jī)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(fù)合材料則適用于高溫環(huán)境，如發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)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(shí)，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(qiáng)復(fù)合材料的抗沖擊性。然而，由于基體的內(nèi)聚強(qiáng)度降低，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上進(jìn)行過(guò)多的操作可能會(huì)損害沖擊性能。
　　
　　4、蠕變和長(zhǎng)期耐久性：低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，基體在持續(xù)負(fù)載下可抵抗變形，從而隨著時(shí)間的推移保持復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性；而高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，蠕變行為加速，導(dǎo)致漸進(jìn)變形，這會(huì)限制復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)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(duì)環(huán)境因素（如水分、化學(xué)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(xué)性，這對(duì)于惡劣的應(yīng)用場(chǎng)景更具有優(yōu)勢(shì)。
　　
 
　　可依據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來(lái)選用不同類型熱塑性碳纖維復(fù)合材料
　　
　　熱塑性碳纖維復(fù)合材料并不是唯一的，熱塑性基體樹(shù)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(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用需求，可以選擇不同類型的熱塑性樹(shù)脂作為基體。在實(shí)際應(yīng)用中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是一個(gè)重要的參考因素，畢竟它與性能有直接的關(guān)聯(lián)，因此在選用時(shí)需要重點(diǎn)考慮。
　　
　　1、高溫應(yīng)用：對(duì)于航空航天和高性能汽車應(yīng)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(yīng)用中首要滿足的特性。
　　
　　2、中等溫度應(yīng)用：對(duì)于消費(fèi)品或運(yùn)動(dòng)器材等應(yīng)用，具有中等玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）值的聚酰胺（尼龍）或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等基體，就可以提供不錯(cuò)的性能，再綜合考慮生產(chǎn)成本，可以在性能和成本上達(dá)到較好的平衡。
　　
　　3、室溫應(yīng)用：對(duì)于溫度要求不高的應(yīng)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(jià)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(duì)熱塑性碳纖維未來(lái)應(yīng)用的一些影響
　　
　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是決定熱塑性碳纖維復(fù)合材料性能范圍的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)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(duì)機(jī)械、熱和長(zhǎng)期性能的影響。通過(guò)大量的嘗試，技術(shù)人員可以通過(guò)選擇不同類型基體樹(shù)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(fù)合材料。
　　
　　通過(guò)設(shè)計(jì)和開(kāi)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(fù)合材料，是一個(gè)值得研究的方向。研究的過(guò)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(fù)合材料，以便在更惡劣場(chǎng)景下的應(yīng)用；也可以研究在一個(gè)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(fù)合材料。