连续碳纤维增强热塑性复合材料——国内应用的最新突破

一直以来,日本、美国等发达国家对碳纤维增强热塑性复合材料的开发和应用比我国要领先得多,不同类型的热塑性碳纤维在航天航空、交通运输、电子电器、智能机械、高端医疗等不同领域都有成熟的应用。作为高性能轻量化的先进复合材料,热塑性碳纤维比常见的热固性碳纤维的优势更加明显,除成型周期短、可回收利用外,其常常采用高端工程塑料作为树脂基体,整体性能方面远优于热固性树脂,因此从长远发展角度看,比热固性碳纤维复合材料拥有更广泛的应用空间。

典型的碳纤维增强热塑性复合材料:

碳纤维增强PA:聚酰胺树脂PA是具有许多重复的酰胺基线型热塑性树脂的总称,俗称尼龙,具体的型号有PA6、PA1010等。PA6本身就是性能优异的工程塑料,但吸湿性大,制品尺寸稳定性不够理想,强度和硬度也不如金属。采用碳纤维增强的PA基复合材料,除使PA具有优异的力学性能外,还可以使其具有优良的导电性能、耐摩擦性和自润滑性,被用于需要耐摩擦和电磁屏蔽的环境下。既可以作为结构材料承受载荷,又可以作为功能材料。

碳纤维增强PPS:PPS是一种半结晶热塑性树脂,具有卓越的力学性能、耐化学侵蚀性、阻燃性等。碳纤维的增强方式对PPS的性能影响也非常明显,在50%比例以下范围内,碳纤维在热塑性复合材料中的体积比越大,复合材料所呈现出的力学性能越高。

碳纤维增强PI:PI具有突出的热稳定性,良好的抗冲击、抗辐射和耐溶剂性能,在高温、高低压和高速等极端环境下具有优异的耐摩擦耐磨损性能。经过碳纤维增强后的PI复合材料在耐摩擦等性能方面可以进一步得到提升,复合材料的应用价值随之加大。

连续碳纤维增强热塑性复合材料:

采用双螺杆挤出方式制备短碳纤维预浸料,可以注塑成型,也可以与热塑性树脂混合起来直接热压成型,但是采用这些增强方式的成品性能都不能与连续碳纤维增强的产品相比。无锡智上新材采用熔融浸渍的方法制备连续碳纤维增强热塑性预浸带,然后再热压成型,其成品性能更为突出。

连续性的碳纤维在热塑性复合材料中排列分布得比较均匀,显著提高了复合材料的力学性能,比刚度和比强度更高,拉伸、弯曲和抗冲击性等也有明显提升,材料耐疲劳、耐磨、阻尼性、耐蠕变性优良,在高温和潮湿的环境中尺寸稳定性好,能有效保障制件的精度,适用于航空、汽车等高性能部件。

热塑性树脂的高黏度特性决定了连续碳纤维增强热塑性复合材料的成型条件更加严苟,高温、高压对设备和制作都提出了更高要求。同时由于热塑性树脂浸渍纤维困难,目前在制品的尺寸大小与复杂程度上都存在一定的限制。不过,通过设备改进和工艺的不断优化,无锡智上新材料在连续碳纤维增强热塑性复合材料预浸带制备方面积极地走在了国内同行前列,无论是预浸带的宽幅、还是生产效率都在尽力缩小与国际先进水平之间的差距。

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