熱塑性碳纖維複合材料或將取代熱固性碳纖維

2021-01-08 新材發現

碳纖維複合材料根據樹脂基體的不同,可分為熱塑性碳纖維複合材料和熱固性碳纖維複合材料兩大類,目前,市場上應用的還是以熱固性碳纖維複合材料為主,尤其是以環氧樹脂基碳纖維複合材料居多。

與熱固性碳纖維複合材料相比,熱塑性碳纖維複合材料的優勢表現於以下幾個方面:一是可回收性,熱塑性碳纖維複合材料在達到一定熔點後,可以實現二次成型,而熱固性碳纖維複合材料不具備這種特性,無法實現回收利用;二是熱固性碳纖維複合材料預浸料需要低溫保存,而熱塑性碳纖維複合材料在儲存期、儲存條件等方面沒有要求;三是熱塑性碳纖維複合材料製品在成型過程中與熱固性碳纖維複合材料發生的反應不同,在成型周期上時間更短,生產效率相對更高。

既然熱塑性碳纖維複合材料的優勢如此明顯,那麼其是否會取代熱固性碳纖維複合材料呢?目前,基於熱固性碳纖維製品起家的碳纖維零部件製造商無錫智上新材正致力於熱塑性碳纖維零部件的推廣應用,對此問題,無錫智上新材的答案是否定的,其認為有以下幾個原因:

首先,熱塑性碳纖維複合材料與熱固性碳纖維複合材料在應用場景上有一定的區別。熱固性碳纖維從上世紀80年代至今,已經在一些領域取得了比較成熟的應用,例如,在體育運動和休閒領域。而且,碳纖維增強複合材料的應用主要著眼於產品需求,除了高強度、輕量化、耐腐蝕之外,耐磨性、阻燃性、導電性等等也都是必須考慮的重要參數。樹脂基體不同,複合材料的性能表現也各不相同,熱塑性碳纖維複合材料與熱固性碳纖維複合材料具有重合的應用領域,也有各自相對獨立的應用領域。

其次,熱塑性碳纖維複合材料的應用成本比熱固性碳纖維複合材料要高。熱塑性樹脂基體種類很多,一些高端的熱塑性樹脂的價格是環氧樹脂的數十倍。除了材料本身價格比較貴以外,熱塑性碳纖維複合材料製品的製造成本也更高,因為熱塑性樹脂與連續性碳纖維的熔融比較難,技術要求高,工藝更複雜,所以,目前國內的熱塑性碳纖維還是以粉末或者短切碳纖維增強的方式來應用的。無錫智上新材聯合國際最先進的工業機械生產商共同開發的連續性碳纖維增強熱塑性複合材料有望打破技術壁壘,但是在短期內不可能實現連續碳纖維增強熱塑性複合材料成本價格的大幅度降低。

再者,熱塑性碳纖維複合材料的應用市場還處在孵化期,更多的應用領域還未顯現。一直以來,囿於製造技術和應用成本,熱塑性碳纖維複合材料主要用在航空航天領域,僅有少數幾種熱塑性碳纖維複合材料在汽車製造領域有所應用。可以說,熱塑性碳纖維複合材料並未得到真正的、深入的、大範圍的應用,熱塑性碳纖維複合材料要想同熱固性碳纖維複合材料那樣在軌道車輛、工業製造、智能機械以及醫療設備中取得廣泛的應用,還需要相當長的時間。

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    在碳纖維複合材料家族中,不同的基體選擇可以造就出性能差異巨大的製品,目前使用率最多的便是熱固型的樹脂材料,這種材料做基材能夠很好的發揮出碳纖維的優勢,但是也純在難回收、效率低、成本高等缺陷,熱塑性的碳纖維復材相對這方面來說佔有明顯的優勢。
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    復材網像熱固性塑料一樣堅固而耐用,卻像熱塑性塑料一樣可模壓和可回收利用,因此,微晶粉是「易變的熱固性塑料」,對複合材料行業的現狀提出了挑戰。該特性允許使用諸如注射成型的技術將熱塑性塑料相對快速地成型以用於大批量生產。此外,這些材料可以通過熔融加工回收。但從不利的一面看,大多數熱塑性塑料在高溫下都易於機械變形和蠕變。因此,它們在高溫下沒有足夠穩固的尺寸穩定性。另外,與類似的熱固性樹脂相比,商業熱塑性塑料通常成本較高。
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