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碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）的回收本质上非常复杂，因为它涉及多个相互依赖的变量，包括输入废料的质量和异质性，以及最终用途的应用限制，这些限制通常仅限于非结构部件，这取决于回收复合材料的机械和物理化学性能。因此，本研究旨在提出一种可持续的途径，用于机械回收来自汽车行业零部件加工的原始碳纤维（CF）/聚酰胺6（PA6）复合毯废料。这些废料被切割成特定的几何形状，如两种尺寸的正方形和三角形（小：约5厘米；大：约10厘米），然后放入铝模具中，通过热压成型生产出四种再加工的层压板。这些层压板通过超声波进行检查，并使用酸消化法确定了增强材料、基体和孔隙率的体积分数。再加工的层压板在热性能（差示扫描量热法DSC和热重分析TGA）、机械性能（层间剪切强度ILSS、弯曲强度和伊佐德冲击强度）以及断裂表面的形态特征方面进行了评估。结果表明，在ILSS测试中数值更优，断裂表面的形态显示基体与增强材料之间有良好的粘附性和相互作用。然而，碳纤维的随机排列主要导致弯曲性能大幅下降。具有较小三角形补片的层压板C表现出更好的抗冲击性，因为它起到了阻止裂纹扩展和吸收能量的作用。证明再加工热塑性复合废料是可行且令人满意的。
**引言**
近几十年来，对碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）制成的组件和部件的需求不断增长，这得益于它们在整个使用寿命期间的优异性能。CFRTP广泛应用于机械、医疗设备、车辆、飞机、风力涡轮叶片以及许多其他行业的制品中。(1) 随着需求的增加，碳纤维（CF）的产量也有所增加，以满足这种增强材料的消耗需求。自20世纪60年代引入以来，全球对CF的需求增长了约2000%。仅在过去三十年里，其产量就从1993年的6.5千吨增加到了2023年的150千吨。(2) 因此，高性能热塑性基体（如聚酰胺（PA）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚苯硫醚（PPS）、聚芳醚酮（PAEK）等的使用也显著增加。(3−5) 然而，CFRTP的高需求已经带来了环境、社会和商业挑战，因为在生产、使用和寿命结束时会产生大量废料。目前，CFRTP废料通常被送往焚烧厂和/或受控垃圾填埋场，(6) 因为这些材料的设计目的是满足市场需求，而不是为了回收或再利用。尽管如此，已知CFRTP组件是完全可回收的，包括聚合物基体和增强材料。(7,8) 挑战在于CFRTP废料是一个复杂的系统，需要废物产生者、收集者和专业回收者之间的协调，这使得回收过程既困难又昂贵。(9) 此外，可回收性在很大程度上取决于废料的质量，而质量可能在生产、使用和最终处置过程中受到油漆、溶剂、密封剂、释放剂（液态和固态）和金属碎片等污染物的影响而受损。因此，仔细分析CFRTP废料的质量对于确定最合适的净化和/或处理方法至关重要，从而最小化成本和环境影响。
环境可持续和经济可行的策略包括材料再利用、再加工和回收途径。(10,11) “再利用”是指在不进行转化的情况下再次使用材料，可能仅涉及简单的物理操作（切割、成型、重新定位）。“再加工”则利用基体的热塑性，包括粉碎、熔化以及新的加工步骤（压缩、注塑和/或挤出），并且属于回收的范畴。“回收”一词则更为广泛，它指的是任何能够恢复材料价值的过程，即可以将废料转化为新材料、产品或原材料。(12) CFRTP废料的回收过程可以通过化学、热处理或机械方法实现。(13) 化学和热回收过程主要旨在回收碳纤维（CF）。这两种方法都涉及聚合物基体的分解：在化学回收中使用溶剂，而在热回收中，基体在无氧气氛下高温（400至700°C）下降解，产生CF和降解的基体残余物。(5,14,15) 尽管这些过程可以产生保存良好的CF，但回收的纤维通常表现出较低的机械性能，尤其是在拉伸强度方面，与原始CF相比。(16) 然而，这一限制并不妨碍它们在其他应用中的使用。(17−20) 两种回收途径都伴随着高昂的成本和操作挑战：化学回收需要大量溶剂，而热回收需要高温。这些因素可能导致回收材料的质量较低且成本较高。(21) 另一种越来越受到研究人员和工业界关注的回收途径是机械回收，特别是在不需要保持CF完整性的情况下，这种方法也被称为废料的热再加工。该过程包括将废料粉碎，然后进行粒度分离，之后所得材料可以作为增强材料加入聚合物基体中，无论是热塑性还是热固性基体，因为粒度和粒度分布是决定回收复合材料机械性能的关键参数。(22,23) 机械回收通常用于生产性能较低的产品，如消费品和移动领域的组件。此外，这种方法所需的基础设施较少，因此加工成本也较低。(24) 对于CFRTP废料处理来说，再利用和再加工是一种可行、有利可图且可持续的替代方案。使用热塑性和热固性复合材料的工业领域，通常以半预浸料、预浸布或复合毯的形式，在组件生产过程中会产生大量状况良好的废料，这些废料适合再利用。当废料基于未固化的热塑性和热固性基体时，可以随机排列在模具中，然后通过热压成型进行固化。(25−27) De Souza等人(26)利用航空航天行业中层压切割制造过程中的未固化复合预浸料废料进行了再利用。通过这项工作，避免了废料的处置及其焚烧成本和树脂损失。这项工作促使Montagna等人(25)研究热塑性复合材料的回收，例如碳纤维/聚苯硫醚（CF/PPS），他们将半预浸料废料放入模具中，然后通过热压成型进行再加工。根据作者的说法，结果很有前景，可以为通过回收过程开发新产品提供基础。
**本研究重点**
本研究专注于再加工汽车零部件制造过程中产生的CF/PA6复合毯废料。使用60%的复合废料和40%的原始PA6基体通过压缩成型生产出回收层压板。通过无损检测、确定基体、增强材料和孔隙率的体积分数以及分析和热性能来评估回收复合层压板的质量。本研究的目标是建立一种技术和经济上可行的寿命终结管理途径，减少可能增加工艺成本的额外专业劳动力需求，同时确保完全回收二次复合材料的环保路径。此外，这种方法旨在促进与致力于开发和实施高效寿命终结收集策略的潜在合作伙伴的合作。
**方法论**
本研究中使用的热塑性层压复合废料是来自汽车零部件工业加工的预消费废料（工艺废料）。这些废料干净，不含外部污染物，且未经历过环境或化学降解。这些预消费残余物是碳纤维增强聚酰胺6（CF/PA6）材料，由五层2×2斜纹织物组成，复合密度为1.45 g/cm³，克重为415 g/m²，树脂含量（RC）为40%。该材料对应于Toray（英国）提供的Cetex TC910。AdvanSix（美国）提供了纯PA6（商品名Aegis H8202NLB），其密度为1.13 g/cm³，熔融流动指数（MFI）为9.8 g/10 min（235°C，1 kg）。
**复合材料的再加工**
选择了CF/PA6复合废料，并将其切割成小（约5厘米）和大（约10厘米）的正方形和三角形（图1A）。层压板A和B分别使用小正方形和大气形的废料制成，层压板C和D分别使用小三角形和大三角形废料制成。
**图1**
图1. 加工方法：(A) 将CF/PA6废料与纯PA6一起放入铝模具中，(B) Luxor压机，(C) 加工参数，(D) 用于切割的CNC机床，(E) 标准化试样。
CF/PA6废料和纯PA6在真空烤箱（Solab SL-100）中于60°C下干燥24小时，制备出几何形状明确的四种层压板（正方形或三角形）。对于每种几何形状，将废料并排放置（图1A），并均匀分布纯PA6（图1A中的白色颗粒），以促进基体渗透到空隙中并确保层压板的完全固化。再加工层压板使用Luxor压机（LAB 40.15/1/ERA.AUT─OF 4272）按照Dos Santos等人(22)描述的方法进行热压成型（图1B）。回收复合材料在260°C下以8°C/分钟的加热速率处理，最低压力为3巴。达到260°C后保持该条件15分钟，然后在7巴的恒定压力下再保持15分钟，以确保PA6基体完全渗透到CF纤维中。层压板在7巴的恒定压力下冷却至50°C，冷却速率为7°C/分钟（图1C）。随后使用配备3毫米快速切割器的CNC切割机（Router COBRA）切割标准化试样（图1D,E）。
**通过酸消化法确定体积分数**
碳纤维、聚合物基体和孔隙率的体积分数的测定按照ASTM D3171(28)和Montagna等人(29)描述的方法进行。每个回收样品重复测试三次。复合废料试样（15 mm × 15 mm × 2.5 mm）在炉中于60°C下干燥24小时以去除水分。干燥后的试样称重后浸入80毫升浓硫酸（H2SO4）溶液（NEON，巴西）中，并在热板（Corning，PC-420D）上加热至150°C以促进聚合物基体的酸消化。4小时后，将含有酸溶液的烧杯转移到冰浴中，加入25毫升30%过氧化氢（H2O2）（Anidrol，110体积%，巴西），完成消化过程，使CF浮在溶液表面（图2）。
**图2**
图2. CF/PA6复合材料酸消化过程的方法示意图。
用蒸馏水反复清洗CF以去除残留酸。然后从溶液中取出，在105°C的炉中干燥24小时，再在干燥器中冷却1小时。最终，测量了碳纤维（CF）的质量，并分别使用方程1、2和3计算了CF的体积分数（Vr）、基体（Vm）和孔隙（Vv）。
Vr = (mfmi) × ρc × 100
Vm = (mi − mfmi) × ρc × 100
Vv = 100 − (Vr + Vm)
其中，mi和mf分别是CF/PA6复合材料的初始质量和最终质量（克）；ρc是复合材料的密度（CF/PA6：1.45 g/cm³），ρr是CF的密度（1.76 g/cm³），ρm是PA6的密度（1.13 g/cm³）。
（24）表征
使用配备OMNISX PA1664PR软件的无损超声波检测仪（OmniScan SX）对回收的复合层压板进行了检测，该软件可将信号转换为图像。采用C-Scan方法，操作电压为40 V，频率为5 MHz，步长为0.077 mm。
差示扫描量热法（DSC）分析使用TA Instruments Q2000系统进行，使用氮气作为 purge gas，流速为50 mL/min。样品从25 °C加热到250 °C，加热速率为10 °C/min。结晶度（Xc）使用方程4计算，其中ΔHm是熔化焓，θ是复合材料中的CF质量分数，ΔHm°是100%结晶PA6聚合物的熔化焓（240 J/g）。
Xc(%) = ΔHm × (1 − θ) × 100
热重分析（TGA）使用TA Instruments Q50分析仪进行，加热速率为20 °C/min，温度范围为50至1000 °C，气氛为N2。
Izod冲击测试根据ASTM D256标准进行，使用CEAST/Instron冲击器（型号9050），配备11 J的锤子。至少测试了5个未缺口样品。
层间剪切强度（ILSS）测试按照ASTM D2344标准进行，使用Instron万能试验机（型号5982），配备100 kN的负载传感器，横梁速度为1.0 mm/min。评估了每个层压板的5个样品（尺寸为18 mm × 6 mm × 3 mm）。层间剪切强度（τmax）通过将记录的峰值反应力（P）除以横截面积（b × h）来计算，如方程5所示。
τmax = 0.75 × P × (b × h)
三点弯曲强度测试根据ASTM D7264/D7264M-21标准进行，使用MTS试验机（型号370.25），配备2.5 kN的负载传感器，横梁速度为1 mm/min。评估了每个层压板的5个样品（尺寸为125 mm × 13 mm × 3 mm）。
所有机械测试数据均使用GraphPad Prism 6软件（GraphPad Software Inc., USA）进行单因素方差分析（ANOVA），随后进行Tukey多重比较测试。
**断口分析**
使用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）检查ILSS测试的断口表面。OM图像使用数字光学显微镜（Instrutherm，型号MP-150）捕获。SEM显微图使用Inspect S50显微镜（FEI公司）获得，配备二次电子（SE）探测器，在20 kV的加速电压下以不同放大倍率操作。复合样品放置在铝制样品台上，用碳带固定，并使用Quorum Q150RS Plus溅射镀膜机涂覆一层薄金，时间为120秒。
**结果与讨论**
使用无损超声波检测评估回收层压板的结构完整性，并检测可能影响这些复合材料机械性能的内部缺陷。图3显示了再处理的层压板及其相应的超声波图像。每张图像右侧的颜色刻度代表信号衰减。黑色或深蓝色区域（0%）表示高信号衰减或增强密度低的区域。相比之下，红色或橙色区域（100%）表示信号完全返回，表示无缺陷且增强密度高的区域。
**图3**
图3. 不同几何形状和尺寸的CF/PA6复合废料制成的再处理层压板（A：小方块；B：大方块；C：小三角形；D：大方块）及其相应的超声波图像。
在所有层压板图像中，白色区域对应于添加的纯净聚合物基体，以方便加工。这些区域在超声波扫描中显示为蓝色区域，表明纤维密度低，揭示了复合废料之间的接缝。
层压板A和B（图3A,B）使用方形废料制备，显示出非常相似的超声波图案。主要在包含完整、无缝废料的区域出现红橙色区域，表明这些区域的纤维密度高。各种高信号衰减区域，表现为蓝白色区域，表明这些区域的增强密度低，即它们对应于聚合物基体的存在。这与基体和增强材料的体积分数一致，因为层压板中的基体含量高于增强材料。
层压板C和D（图3C,D）使用切割成小三角形和大三角形的废料制备，也显示出白色区域，对应于纯净的聚合物基体，与层压板A和B（图3A,B）观察到的情况相同。然而，它们的超声波图像显示了更广泛的浅蓝白色区域，表明信号衰减更高，碳纤维密度更低。这种行为可以归因于废料的三角形几何形状，因为三角形碳纤维的较短长度降低了增强的连续性。
表1展示了使用酸消化法确定的PA6基体（Vm）、CF增强材料（Vr）和孔隙含量（Vv）的体积分数。根据文献（34），CF/PA6复合材料通常含有大约50 wt%（±10 wt%）的基体和50 wt%（±10 wt%）的CF。Montagna等人（35）使用相同的酸消化方法报告了CF/PA6复合材料的体积分数，得到51.3%的CF、48.4%的聚合物基体和0.28%的孔隙。
表1. 通过酸消化法获得的CF/PA6复合材料中CF、PA6基体和孔隙的体积分数
处理后的回收复合材料表现出平均基体体积分数为57.8%（±0.3%），CF体积分数为38.3%（±0.5%），孔隙体积分数为3.9%（±0.1%）（表1）。这些值高于Montagna等人（35）报告的值，因为在CF/PA6复合废料中添加了40 wt%的纯净PA6，导致处理后复合材料的聚合物基体分数增加。与连续纤维复合材料不同，回收复合材料包含形状不规则的废料，因此长度也各不相同。在将复合残渣与纯净聚合物基体一起排列在模具中时，某些区域可能缺乏足够的基体，导致孔隙形成。此外，实现CF与热塑性基体的均匀填充和充分润湿具有挑战性，加工过程中也可能发生空气夹带和/或挥发性物质释放，从而在回收层压板中形成孔隙。
分析了回收复合材料的热性能，以评估其稳定性和热完整性，并确定这些热性能是否得到保留，以确保在未来应用中的可靠性能。表2总结了再处理复合材料的DSC结果，而图4展示了第一次和第二次加热循环以及冷却循环的DSC曲线。所有再处理层压板的DSC曲线表现出相似的行为。
**表2. DSC结果——第一次和第二次加热的熔化温度（Tm）、熔化焓（ΔHm）和结晶度（Xc），以及冷却过程中的结晶温度（Tc）**
所有四个再处理层压板在第一次和第二次加热循环中表现出相同的熔化温度（Tm）222 °C。在Dos Santos等人的研究中（27），CF/PA6复合材料和纯净PA6的Tm值分别为218 °C和220 °C。再处理复合材料中较高的聚合物基体含量解释了观察到的Tm值，这与文献（27）一致。聚合物的再处理会改变摩尔质量，特别是在长时间加工的情况下，从而影响晶体的成核和生长，导致结晶温度（Tc）降低（36）。所有再处理层压板的Tc均为189 °C，比未添加纯净PA6的CF/PA6复合材料的Tc低约2%。这种轻微的Tc降低表明复合材料的再处理并未显著影响最终的热性能。
四个处理层压板的Xc值存在小差异（表2）。尽管层压板使用相同的参数进行加工，但复合废料的几何形状和大小可能影响了压缩成型过程中的局部流动行为、填充效率和纤维分布。这些因素反过来又影响了聚合物链的移动性和结晶动力学。根据文献（37），CF/PA6复合材料在第一次和第二次加热循环中的结晶度（Xc）分别为22%和19%。层压板C（小三角形）在第一次和第二次加热循环中的Xc值最高，分别为26.7%和23.1%，这可以归因于更好的填充和加工过程中碎片的空间重新排列。三角形几何形状可能有助于在模具内的更好适应，减少了孔隙并促进了更均匀的热量和应力传递。此外，更多的边缘和界面可能作为异质成核位点，增强了结晶。层压板A（小方块）尽管纤维长度相似，但可能由于填充效率较低，导致聚合物链移动性受限，限制了晶体生长，从而使Xc较低（19.7%和20%）。因此，处理层压板的结晶度值的微小变化不仅由纤维长度决定，还受到几何因素、界面面积和填充行为的综合影响。
图5显示了TGA曲线、起始分解温度（Tonset）以及纯净PA6、CF/PA6复合废料和再处理层压板的残余物含量（%）。纯净PA6显示出最高的Tonset值419 °C，这对于未经处理的原始聚合物来说是预期的。在复合材料中，CF的存在影响了分解行为，因为CF在高温下热稳定；因此，聚合物基体可以影响复合材料的Tonset。De Oleveira等人（22）也报告了类似的行为。用于制造再处理层压板的CF/PA6复合废料已经经历了之前的加工循环。再处理进一步诱导了PA6基体的链断裂，导致Tonset降低。
与纯净PA6相比，预期再处理复合材料的残余物含量会增加，因为热稳定的CF不像聚合物基体那样分解（在惰性气氛中），导致残余物量与复合材料中的CF含量成正比。
使用ILSS测试评估了再处理复合材料的粘附性，并测量了废料层之间的剪切强度，即评估基体和纤维-基体界面的完整性。图6显示了再处理复合材料和参考样品（纯净CF/PA6复合材料）的ILSS值，以及它们相应的断口表面光学显微镜图像，展示了失效形态。
**图6**
图6. 层间剪切强度结果和ILSS测试的代表性图像：（A）小方块；（B）大方块；（C）小三角形；（D）大方块。结果以平均值±标准差（SD）（n = 5）给出。星号（*）表示统计显著性（*p ≤ 0.05）。
两个再处理层压板的ILSS值均高于参考样品。特别是层压板B（35 MPa）和D（32 MPa）的提高尤为显著，分别比参考样品（27 MPa）提高了23%和16%。所有样品都观察到层内断裂，表现出相似的行为，表明由于界面接触和相邻增强材料之间的张力传递改善，纤维-基体界面具有良好的粘附性和完整性。断裂始于与纤维平行的基体区域，并优先通过基体传播，在CF区域的另一端停止，如图6B–D所示。B层和D层使用较大的废料（约10厘米）进行了再加工，分别是方形（B层）和三角形（D层）。A层（29 MPa）和C层（28 MPa）使用较小的废料（约5厘米）进行再加工，其ILSS值低于B层和D层，尽管它们的值仍接近参考样品（27 MPa）。虽然这可能看起来有些反直觉，但B层和D层ILSS值的提高可以归因于层间结构和应力传递机制的差异。在参考样品中，ILSS受纤维-基体界面的内在特性以及相对平滑、连续的层间界面的影响。相比之下，再加工的层由于废料在增强材料之间的排列以及相邻层之间的表面粗糙度增加，表现出更复杂的界面结构。这导致了界面处的机械互锁和摩擦阻力的增强，从而提高了对层间剪切载荷的抵抗力。此外，在热压成型过程中，局部树脂流动和重新分布可能促进了增强材料之间界面的润湿和固化，减少了脆性的层间区域，并有助于在剪切载荷下更有效地传递应力。图6A-C中的ILSS断裂图像显示了样品中的多处裂纹和裂缝。两种样品中都主要发生了层内断裂，这是由于平面外载荷引起的剪切力所致。断裂形态进一步揭示了CF/PA6复合毯层的定位和良好的粘附性，以及纵向裂纹失效和层内断裂的存在（用红色箭头标出），这是这种测试的特征。
图7A展示了不同几何形状和CF/PA6复合毯片大小的再加工层的弯曲强度值。根据东丽公司的数据表（29），用于本研究的相同材料的CF/PA6复合材料的弯曲强度为950 MPa（0°），依据ASTM D790标准。（39）值得注意的是，东丽数据表中的弯曲强度是指具有定义好的纤维方向和不同于本研究中回收层状结构的受控层状材料。因此，所使用的值仅作为一般参考，并非直接或等效的参考。再加工层的弯曲强度显著下降。几个因素可能导致这种下降，包括废料在模具中的随机排列，导致纤维方向随机以及局部增强材料浓度较低，从而减少了纤维在载荷方向上的对齐。弯曲强度高度依赖于纤维沿载荷轴的方向：短纤维或对齐不良的纤维会降低刚度和弯曲性能。（40）由于CF/PA6复合废料的随机方向，这种行为可能出现在再加工层中。
在碳纤维增强聚合物复合材料的再加工过程中，需要考虑碳纤维的表面处理（涂层）可能被损坏或去除，从而影响纤维与聚合物基体之间的粘附。（41）纤维-基体粘附力弱会阻碍有效的载荷传递，对弯曲性能产生负面影响。然而，再加工层ILSS测试的断裂表面的显微图（图6）并未显示出界面粘附力差的区域。只观察到层内断裂，这是这种复合测试的特征。此外，空洞、孔隙和其他缺陷可以作为应力集中器，促进裂纹的产生并进一步降低弯曲强度。
图7B显示了再加工层的Izod冲击强度结果。与其较差的弯曲性能相反，C层（2617 J/m）在所有再加工层中表现出最高的冲击强度。C层中使用的小三角形废料可能促进了较短碳纤维在回收结构中的形成和随机分布，这些碳纤维在冲击载荷下起到了阻止裂纹扩展的作用。此外，对于C层而言，较小和/或形状不规则的斑点的存在促进了裂纹的偏转、分支和能量耗散机制，从而提高了韧性。然而，这些特性在静态载荷下会降低结构完整性，导致弯曲强度降低。这种微观结构配置也有利于基体分裂成多个基体-纤维界面、碳纤维位移、分层和微裂纹的形成，这些机制已知可以增强能量吸收。这些发现与超声图像（图3C）一致，其中使用较小的三角形废料导致了短纤维和高信号衰减，反映了较低的纤维密度和空洞的存在。
其他再加工层A、B和D，具有不同的几何形状和尺寸，其Izod冲击强度分别比C层低83%、43%和49%。两个关键因素可能导致应力集中区的形成，从而促进冲击时的裂纹扩展。第一个因素与碳纤维的方向有关：当纤维主要沿一个方向排列且效应发生在平面外时，复合材料较难耗散能量，导致冲击强度降低。第二个因素涉及碳纤维在再加工层中的不均匀分布。纤维聚集或增强材料过量的区域往往会增加刚度和脆性。同时，基体富集区域会创建薄弱区域，这两者都会降低层状材料吸收冲击能量的能力。
图8展示了使用不同几何形状和尺寸的CF/PA6复合废料再加工的复合样品的ILSS断裂表面的SEM显微图（放大倍数分别为1000×和250×）。图8A-D中的样品使用方形废料进行再加工，其中图8A、B对应较小的废料（约5厘米），图8C、D对应较大的废料（约10厘米）。高放大倍数的图像（图8A、C（1000×）显示断裂的碳纤维（用绿色箭头标出）与PA6基体紧密结合，证实了强纤维-基体界面粘结。在图8C中，基体富集区域明显（用粉色箭头标出），表明聚合物浓度较高的局部区域。低放大倍数的图像（图8B、D，250×）显示了与纵向层内断裂相关的裂纹扩展路径（用蓝色箭头标出），裂纹在含有0°方向碳纤维的区域开始和结束。在层内断裂区域的上下部分，都存在断裂的碳纤维和聚合物基体中的小聚集区域。
图8E、G（1000×放大倍数）展示了使用较小（约5厘米）和较大（约10厘米）三角形废料再加工的层的ILSS断裂表面。两张显微图都显示了聚合物基体富集的区域（用粉色箭头标出），并且在观察到的区域内可以看到与聚合物基体紧密结合的断裂碳纤维。在图8G中，某些区域还显示出局部塑性变形（用橙色箭头标出）。低放大倍数的图像（图8F、H，250×）显示了纵向层内裂纹扩展（用蓝色箭头标出），伴随着基体聚集的小区域（用粉色箭头标出）以及与聚合物基体紧密结合的断裂碳纤维。从不同几何形状和尺寸的CF/PA6复合废料再加工的层显示出相同的层内失效行为，这是复合材料ILSS测试的特征。聚合物基体积累的区域与较高的基体含量相关，如体积分数结果（表2）所示。
结论
本研究评估了CF/PA6复合毯废料再加工的可行性，并展示了其效果。选择了两种废料几何形状和尺寸来评估它们对再加工复合材料最终性能的影响。由于添加了40 wt%的纯PA6以提高复合材料的均匀性和再加工效果，所有再加工层中的聚合物基体体积分数都高于参考值。超声图像显示了高信号衰减区域，对应于低增强材料密度，即基体富集区域，位于补片接合处。CF/PA6复合废料的再加工并未导致层状材料的热稳定性发生显著变化，仅结晶度值略有增加。ILSS测试样品的断裂表面形态显示了层内断裂，这是这种测试的特征，同时显示出基体与增强材料之间的良好粘附和相互作用。这种行为证实了ILSS结果，其值优于参考值，表明CF/PA6复合毯片层的定位和粘附对于这种类型的强度评估是令人满意的。相比之下，再加工层的弯曲强度大约比参考值低90%。这种行为可能与废料的排列和碳纤维的随机方向有关，这产生了增强材料浓度低和碳纤维对齐不良的区域，导致弯曲性能大幅下降。使用较小三角形废料制成的层（C层）的冲击阻力高于其他层。这种行为与增强材料较小且作为裂纹扩展的屏障有关，同时也起到了能量吸收的作用。
因此，对于从不同几何形状和尺寸的残余物加工的四种层状材料的机械性能评估，明显的差异源于刚度/强度与韧性之间的内在权衡，以及每种测试所遵循的不同机制。
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