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碳纖維增強(qiáng)尼龍（CF/PA）
碳纖維具有質(zhì)輕、拉伸強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特點(diǎn)，與玻璃纖維相比，模量高3??5倍，因而是一種獲得高剛性和高強(qiáng)度尼龍材料的優(yōu)良增強(qiáng)材料。
碳纖維增強(qiáng)尼龍材料近年來發(fā)展很快，因為尼龍和碳纖維都是各自領(lǐng)域性能優(yōu)異的材料，其復(fù)合材料綜合體現(xiàn)了二者的優(yōu)越性，強(qiáng)度與剛性比未增強(qiáng)的尼龍高很多，高溫蠕變小，熱穩(wěn)定性顯著提高，尺寸精度好，耐磨，阻尼性優(yōu)良，與玻纖增強(qiáng)尼龍相比有更好的綜合性能，如表所示。
增強(qiáng)纖維 | 碳纖維 | 玻璃纖維 30% | ||||
特性 | 測試方法 | 15% | 30% | 40% | 無添加 | |
相對密度 | JIS K7112 | 1.20 | 1.26 | 1.32 | 1.40 | 1.14 |
拉伸強(qiáng)度/MPa | ASTM D638 | 117 | 182 | 235 | 170 | 80 |
(76) | (116) | (165) | (100) | (55) | ||
斷裂伸長率/% | ASTM D638 | 4 (6） | 4 (4) | 3. 5 （4） | 5 (4.5) | 60 (200) |
彎曲強(qiáng)度/MPa | ASTM D790 | 210 | 270 | 330 | 260 | 130 |
(101) | (197) | (264) | (125) | (65) | ||
彎曲彈性模量/MPa | ASTM D790 | 9400 | 16100 | 22000 | 8000 | 3300 |
(49) | (106) | (154) | (40) | (12) | ||
缺口沖擊強(qiáng)度/(kJ/m2) | ASTM D256 | 4(7) | 5. 5(8) | 4(7) | 7(9) | 4(14) |
洛氏硬度（R標(biāo)準(zhǔn)） | ASTM D785 | 121(102) | 122(106) | 124(118) | 120(113) | 118(100) |
彎曲疲勞強(qiáng)度（106次)/旨3 | ASTM D671 | 43(30) | 58(43) | ― | 37(20) | |
吸水率（23℃，24h）% | ASTM D670 | 0.8 | 0.65 | 0.65 | 0.7 | 1.5 |
線脹系數(shù)/(105/K〉 | ASTM D696 | 1.3/10 | 0.7/8 | 0.6/6 | 1.5/8 | 10/10 |
成型收縮率(流動方向）/% | ASTM D955 | 0.15 | 0.05 | 0.03 | 0.29 | 1.80 |
熱變形溫度（1.82MPa）/℃ | ASTM D648 | 248 | 250 | 250 | 248 | 66 |
熱導(dǎo)率［W/(M*K)］ | ASTM C177 | 0.41 | 0.52 | 0.7 | 0.35 | 0.23 |
動摩擦因數(shù) | 東麗法 | 0.07 | 0.2 | 0.36 | 0.15 | 0.23 |
磨耗量/[g/m2) ? h] | 東曲法 | |||||
試料 | 4.0 | 11.0 | 14.0 | 15.0 | 7.0 | |
對磨材料（S45C) | 0.2 | 0.1 | 0.2 | 1.9 | 0.2 | |
體積電阻率/Ω ? cm | ASTM D257 | 100~1000 | 10~100 | 10~100 | 1017 | 1017 |
碳纖維是綜合性能很全面的材料之一，其價格也較為昂貴。使用碳纖維增強(qiáng)尼龍，在提高尼龍的多項性能的同時，也使得制成品的成本及加工難度相應(yīng)提高。因此在滿足使用條件及設(shè)計余量的情況下，碳纖維有一經(jīng)濟(jì)加入量。通過實驗，發(fā)現(xiàn)碳纖維加入量與制成的復(fù)合材料力學(xué)性能之間存在著圖所示的半定量關(guān)系。
碳纖維/尼龍復(fù)合材料具備了代替金屬的優(yōu)異性能，且質(zhì)輕高韌，易于加工，其應(yīng)用范圍幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。
1.汽車工業(yè) 碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，這主要是因為上述材料的耐油性、耐磨性和抗蠕變性**，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料時具有重量輕的優(yōu)勢。包括PA66 在內(nèi)的多種工程塑料被碳纖維增強(qiáng)后正逐漸取代早先汽車用金屬壓鑄構(gòu)件，如燃料箱等。在美國、西歐和日本，尼龍幾乎用于汽車的所有部位，如發(fā)動機(jī)部位、電氣部位和車體部位。碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料具有較強(qiáng)的耐疲勞能力，這種特性使其應(yīng)用于汽車內(nèi)燃機(jī)同步驅(qū)動齒輪的制造。德國重型柴油機(jī)就使用了這種材料制造齒輪、管接頭等零件。
2.國防工業(yè) 美國印第安納Wikon-Fiberfil公司開發(fā)了含碳纖維40%的PA66復(fù)合材料，牌號為NylamM1501，其性能超過目前使用的其它高強(qiáng)度材料。這種材料可代替金屬，主要用于國防與宇航領(lǐng)域。美國MX導(dǎo)彈使用40%碳纖維增強(qiáng)PA66代替鋁合金制造導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)部件。英國亨廷公司開發(fā)的火箭筒的筒體大部分為碳纖維增強(qiáng)尼龍制造，兩節(jié)型的發(fā)射筒用長纖維卷繞法制造，箭彈彈尾也由上述材料制成。
3.航空航天 美國比奇飛機(jī)公司研制的雙發(fā)小型公務(wù)機(jī)，其主機(jī)翼、鴨翼、穩(wěn)定翼、短艙等70%的部分使用了碳纖維增強(qiáng)/環(huán)氧/尼龍材料，新材料比傳統(tǒng)的鋁材輕19%，這對提高速度、節(jié)省燃料極其有利。美國LNP公司使用碳纖維增強(qiáng)PA612制造波音757飛機(jī)發(fā)動機(jī)上的一些部件。他們用碳纖維加入量40%的PA612注射成型尺寸為20.32cm× 30.48cm、厚度為0.0381cm的發(fā)動機(jī)氣窗部件，有效使用期達(dá)20年以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和長效性。目前，波音公司正在用其制造民用飛機(jī)的機(jī)艙。
4.文體用品 日本Osaka公司計劃使用反應(yīng)式注射方式生產(chǎn)尼龍/長碳纖維復(fù)合材料以滿足生產(chǎn)文體用品的要求。具體做法是：先使尼龍單體與預(yù)先放置的連續(xù)纖維進(jìn)行混合，注射成型時再引發(fā)聚合使其成型。此方式適用于制造薄壁型產(chǎn)品。該公司計劃使用其制造網(wǎng)球拍和高爾夫球棒，也可用其制造頭盔、汽車防撞杠和機(jī)器人手臂等。
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