用于飞机和高速铁路等领域的CFRP的主要是热固性CFRP,在该型材料中,热固性树脂通过加热发生固化,而环氧树脂是最具代表性的一种热固性树脂。虽然热固性CFRP具有极高的强度和刚度,但存在如下缺点:加工周期长;因为热固性CFRP不像钢和塑料那样表现出变形行为,因此它的二次加工难度高;此外,热固性CFRP回收困难且生产成本高。与之相比,热塑性CFRP使用的树脂在加热时会变软,在这种类型CFRP中使用的树脂类型范围很广,包括聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)等。虽然热塑性CFRP在强度和刚度方面不如热固性CFRP,但它们可批量生产、性能优异,并且易于二次加工。此外,由于它可回收,生产成本也可以保持在相对较低的水平。因此,热塑性CFRP作为在量产型汽车中实现轻量化的新材料引起了相当大的关注。通过傅立叶变换红外分光光度法(Fourier transform infrared spectrophotometry,FTIR)可以很容易地区分CFRP中所使用的树脂类型,因此在对CFRP回收前,使用FTIR测试CFRP的树脂成分是一种有效的质量控制工具。本文采用红外光谱法对热固性CFRP和热塑性CFRP进行了测定,并对其组成树脂进行了区分。在本文中热固性CFRP选择了常见的环氧树脂作为基体,而在热塑性CFRP中主要测试了以聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺6(PA6)和聚醚醚酮(PEEK)为基体的热塑性复合材料。图1显示了CFRP材料的外观结构。通过使用岛津IRSpirit™FTIR光谱仪和搭配QATR™-S单反射ATR配件进行测量。表1显示了IRSpirit和QATR-S的测量条件。使用QATR-S的测量是通过将样品与ATR棱镜表面紧密接触来进行的。因为不需要特殊的预处理,所以可以实现快速测量。此外,由于QATR-S被设计为与样品室的所有侧面齐平,因此可以使用宽的顶部采样表面,从而可以在不切割的情况下测量大面积样品。图2至图5分别显示了使用环氧树脂、聚醚酰亚胺、聚酰胺6和聚醚醚酮的CFRP的红外(IR)光谱和光谱搜索结果,其中红线表示测量结果,黑线表示频谱搜索结果。将IRSpirit作为标准功能提供的库用于频谱搜索。结果显示,在所有情况下,搜索结果都与所使用的树脂一致。图2 环氧树脂热固性CFRP的红外光谱图3 聚醚酰亚胺热塑性CFRP的红外光谱图4 聚酰胺6热塑性CFRP的红外光谱图5 聚醚醚酮热塑性CFRP的红外光谱使用岛津FTIR光谱仪对用作热固性和热塑性CFRP的基体树脂进行区分。通过使用提供有FTIR的数据库作为标准特征,可以对树脂组分进行简单的定性分析,此技术可用于回收CFRP时的质量控制。
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