【科普知識】熱塑性碳纖維應用的三種發展趨勢

隨著應用市場的不斷擴展，熱固性樹脂基碳纖維複合材料逐漸顯現出自身的局限性，其在耐磨、耐高溫等方面無法完全滿足高端應用需求。在此情況下，熱塑性樹脂基碳纖維複合材料的地位逐漸上升，成為先進複合材料的新興力量。近年來，國產碳纖維技術取得了突飛猛進的發展，熱塑性碳纖維複合材料的應用技術也隨之得到了進一步推動。

在連續碳纖維增強熱塑性預浸料方面的探索中生動演示出熱塑性碳纖維應用的三種趨勢：

一是從粉末碳纖維增強向連續碳纖維增強形式發展：

碳纖維熱塑性複合材料按增強纖維的形式可分為粉末碳纖維、短切碳纖維、單向連續碳纖維和織物碳纖維增強等不同種類。複合材料在遇到彎曲或剪切破壞時存在纖維從基體中拔出的過程，增強纖維越長，在拔出時吸收的外加載荷所提供的能量就越多，複合材料的整體強度就越高。因此，相比於粉末或短切碳纖維增強熱塑性複合材料，連續碳纖維增強熱塑性複合材料具有更好的性能優勢。國內應用最多的注塑成型工藝採用的還是粉末或短切碳纖維增強的形式，製品的性能存在一定的局限性，當使用連續碳纖維增強形式時，熱塑性碳纖維複合材料將迎來更寬闊的應用空間。

二是從低端熱塑性樹脂向中高端熱塑性樹脂基體發展：

熱塑性樹脂基體在熔融過程中表現出高黏度特徵，這種高黏度樹脂基體通常是難以充分浸潤碳纖維材料的，而浸潤程度與預浸料的性能表現密切相關。為了進一步提升浸潤度，採用了複合材料改性技術，並對原有的展纖裝置和樹脂擠出設備進行了改進，在延展碳纖維原絲絲束寬度的同時，增加樹脂的持續擠出量，明顯改善了熱塑性樹脂對碳纖維的浸潤效果，有效保證了連續碳纖維增強熱塑性預浸料的性能。成功地將連續碳纖維熱塑性複合材料的樹脂基體從PPS、PA這類低端熱塑性樹脂向PI、PEEK這些中高端樹脂延伸。

三是從實驗室手工製作向穩定量產化發展：

從實驗室小量實驗成功到車間穩定量產，這中間最為關鍵的是生產設備的設計與調整。連續碳纖維增強熱塑性預浸料能否實現穩定量產，不僅要看日均產量，更重要的衡量標準是看預浸料的質量是否穩定，即看預浸料中樹脂含量是否可控且比例合適，看預浸料中碳纖維是否分布均勻且浸潤透徹，看預浸料是否表面光滑且尺寸精準。為了兼具「質」和「量」，無錫智上新材歷經三載，經過成百上千次調整，才達到了穩定量產的最終目標。目前量產化的連續碳纖維增強熱塑性預浸帶寬幅可以達到40-60cm。

文章來源：新材料日報

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