怎么选碳纤维增强TPU？
选择碳纤维增强 TPU 时，可以从以下几个方面进行考虑：首先，从性能角度来看，碳纤维增强的 TPU 材料具有诸多优点。如强度高，碳纤维含碳量在 90% 以上，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁；耐磨性能优异，较天然橡胶耐磨五倍以上；拉伸强度高达 70MPa，断裂伸长率可高达 1000%；撕裂性能良好，弹性体在应用时由于产生裂口扩大而使之破坏称为撕裂，TPU 材料抵抗撕裂作用的能力较强。同时，TPU 在很宽的温度范围内具有柔性，不需要增塑剂，对油类和许多溶剂有良好的抵抗能力，还有良好的耐天候性和较优的耐高能射线性能。 其次，不同的制备方法可能会影响材料的性能。例如，有的制备方法中，先将 tpu 树脂、相容剂、抗氧剂、润滑剂投入混料器中混合均匀，并加热至 60℃后保温 10 分钟，得到预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机的加料斗中，同时将碳纤维在侧喂料口进行添加。还有的方法是先对碳纤维进行低温等离子处理，然后称取干燥 tpu 粒子、抗静电剂等加入到混合机中搅拌混料，再把处理过的碳纤维和分散剂搅拌均匀后从主机筒的第八区加料口外加加入。 再者，在汽车内饰贴膜方面，碳纤维材质具有显著优势。与 TPU 相比，碳纤维材质具有更长的保质期，TPU 材质的质保期为 5 - 10 年，而碳纤维材质则享有终身质保。碳纤维密度仅为钢的四分之一但强度却是钢的五到七倍，在制作火箭和卫星等高科技产品时经常使用。
原材料品质： TPU 树脂： 类型：TPU 主要有聚酯型和聚醚型两种。聚酯型 TPU 的机械强度、耐磨性、耐化学性较好，但在耐水解性方面相对较差；聚醚型 TPU 的耐水解性、低温韧性更佳。根据具体的使用环境和需求来选择合适类型的 TPU，例如，如果应用场景经常接触水或处于潮湿环境，聚醚型可能更合适；如果对机械强度要求较高，聚酯型可能是更好的选择。 硬度：TPU 的硬度通常用邵氏硬度表示，范围从较软的 60A 左右到较硬的 95A 以上。一般来说，硬度越高，材料的刚性和强度越高，但柔韧性会相应降低。对于需要较高刚性和强度的部件，如机械结构件，可选择硬度较高的 TPU；而对于需要一定柔韧性的应用，如运动器材的握把等，应选择硬度较低的 TPU。 熔融指数：熔融指数反映了 TPU 在一定温度和压力下的流动性。熔融指数较高的 TPU 在加工过程中更容易流动，成型性更好，但可能会导致材料的强度和刚性略有降低；熔融指数较低的 TPU 则相反。需要根据具体的加工工艺和产品要求选择合适熔融指数的 TPU。 碳纤维： 纤维长度：碳纤维的长度对增强效果有重要影响。一般来说，碳纤维保留长度分布按重量百分比算，小于 0.5mm 的占 25％-35％、0.5mm-1mm 的占 50％-60％、大于 1mm 的占 15％-20％为宜。较长的碳纤维可以提供更好的增强效果，但在加工过程中可能会出现分散不均匀的问题；较短的碳纤维则更容易分散，但增强效果相对较弱。 纤维直径：碳纤维的直径通常在 4μm-8μm 之间较为合适。直径较小的碳纤维比表面积大，与 TPU 的结合力更强，但生产成本也会较高；直径较大的碳纤维则具有更高的强度和刚度，但可能会影响材料的柔韧性和加工性能。 碳纤维质量：优质的碳纤维应具有较高的强度、模量和良好的耐腐蚀性。在选择时，可以查看供应商提供的碳纤维质量检测报告，了解其性能指标是否符合要求。 性能指标： 力学性能： 强度：碳纤维增强 TPU 的主要优势之一就是具有较高的强度。可以通过查看材料的拉伸强度、弯曲强度等指标来评估其强度性能。一般来说，拉伸强度越高，材料在受到拉伸力时越不容易断裂；弯曲强度越高，材料在受到弯曲力时越不容易变形。根据具体的应用需求，选择具有合适强度的材料。 刚性：刚性是指材料抵抗变形的能力。碳纤维的加入可以显著提高 TPU 的刚性，在选择时可以通过测试材料的弹性模量来评估其刚性。弹性模量越高，材料的刚性越强。 冲击韧性：冲击韧性反映了材料在受到冲击载荷时吸收能量和抵抗破坏的能力。对于一些可能受到冲击的应用场景，如运动器材、汽车零部件等，需要选择具有较高冲击韧性的碳纤维增强 TPU 材料。 耐温性能： 玻璃化转变温度：玻璃化转变温度是材料从玻璃态转变为高弹态的温度，它反映了材料的耐热性。一般来说，玻璃化转变温度越高，材料的耐热性越好。在选择碳纤维增强 TPU 时，应根据具体的使用温度要求选择具有合适玻璃化转变温度的材料。 热变形温度：热变形温度是指材料在一定负荷下发生变形的温度，它也是衡量材料耐热性的一个重要指标。热变形温度越高，材料在高温下的稳定性越好，越不容易发生变形。 抗静电性能：如果应用场景对材料的抗静电性能有要求，需要选择添加了抗静电剂的碳纤维增强 TPU 材料，并查看其表面电阻、体积电阻等抗静电性能指标是否符合要求。 生产工艺： 加工性能：良好的加工性能可以保证材料在加工过程中容易成型，并且能够获得高质量的产品。可以通过查看材料的熔体流动速率、成型收缩率等指标来评估其加工性能。熔体流动速率适中、成型收缩率较小的材料加工性能较好。 相容性：碳纤维与 TPU 的相容性对材料的性能有重要影响。如果相容性不好，会导致碳纤维在 TPU 中分散不均匀，影响材料的性能。可以通过观察材料的微观结构、测试材料的力学性能等方法来评估碳纤维与 TPU 的相容性。