碳纤维热塑性预浸料：创新与未来

行业动态 / 2024-08-20 14:18:42
碳纤维热塑性预浸料是一种先进的复合材料，它由碳纤维丝束和热塑性树脂组成。其中，碳纤维丝束作为增强材料，提供了高强度和高模量；热塑性树脂则作为基体材料，起到粘结和传递应力的作用。
在组成成分方面，碳纤维通常采用高性能的碳纤维丝，如 T300、T700 等，具有优异的力学性能。热塑性树脂常见的有聚酰胺 (PA6)、聚苯硫醚 (PPS)、聚醚醚酮 (PEEK)、聚醚砜树脂 (PES) 等。
从分类上看，碳纤维热塑性预浸料可以根据碳纤维丝束的规格进行划分，如 3K、6K、12K 等。不同规格的碳纤维丝束会影响预浸料的力学性能和应用场景。此外，还可以根据热塑性树脂的种类来分类，不同的树脂赋予了预浸料不同的特性。例如，聚醚醚酮 (PEEK) 具有良好的耐高温和耐化学腐蚀性；聚苯硫醚 (PPS) 则在耐磨性和阻燃性方面表现出色。
总的来说，碳纤维热塑性预浸料的基础信息对于理解其性能和应用具有重要意义，为进一步的研究和开发提供了基础。

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（一）浸渍方式

浸渍法是碳纤维热塑性预浸料制备中的关键步骤，常见的浸渍方式包括溶液浸渍法、熔体浸渍法和粉末浸渍法。
  • 溶液浸渍法操作相对简单，通常是将碳纤维放入活性组分的溶液中，通过毛细管作用和表面张力使溶液渗透到碳纤维内部。这种方法适用于一些容易溶解在溶剂中的活性组分，但可能存在溶剂残留和干燥过程中的挥发问题。
  • 熔体浸渍法需要将热塑性树脂加热至熔融状态，使其浸渍碳纤维。该方法能更好地保证浸渍的均匀性，但对温度和压力的控制要求较高，且设备投资较大。
  • 粉末浸渍法是将活性组分的粉末与碳纤维混合，通过机械作用或加热使粉末附着在碳纤维上。其优点是操作简便，成本较低，但浸渍效果可能不如前两种方法均匀。

（二）成型工艺

  • 双膜成型，也叫树脂膜渗透成型，适用于外形较复杂的制件成型。将裁剪好的预浸料置于两层可变形的柔性树脂膜和金属膜之间，周边密封，加热到成型温度并施加成型压力，然后冷却定型。这种工艺能对制件施加均匀压力，提高成型质量。
  • 拉挤成型是连续制造具有恒定截面的复合材料型材的方法。将预浸带在拉挤模具中固结，可边拉挤边预浸或另外浸渍。此工艺可用于制作实心、空心及各种复杂截面的制品，设计性强。
  • 模压成型是将裁剪好的碳纤维预浸料按一定角度和层数铺设在模具中，放入热压机中加热固化。其成型周期短，能耗低，成本少，生产率高。
  • 缠绕成型需要在缠绕时将碳纤维预浸料加热到软化点，在芯模接触点加热固化。可采用多种加热方法，如传导加热、介电加热等。这种工艺适合制造轴对称的制品。

碳纤维热塑性预浸料具有诸多显著优势。首先，其抗损伤性和韧性十分优异，能够有效抵抗外界冲击和内部裂纹扩展，在航空航天、汽车等对材料性能要求极高的领域表现出色。其次，它可以在室温下储存，这一特性使得生产过程不受时间限制，能够更灵活地安排生产计划，同时也降低了储存成本和物流复杂性。再者，短周期热成型制造能力使其能够快速响应市场需求，提高生产效率，缩短产品上市时间。此外，可回收利用的特点符合现代社会对环保和可持续发展的要求，减少了资源浪费和对环境的压力。

在全球追求节能减排和轻量化的大趋势下，对高性能材料的需求持续增长。碳纤维热塑性预浸料凭借其优异的性能，在航空航天、汽车、医疗等领域的市场份额将不断扩大。特别是在新能源汽车行业的快速

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