引言
1.连续纤维热塑复材概述
纤维增强热塑性材料主要分为短纤(2‑4mm)增强热塑性材料、长纤(12‑24mm)增强热塑性材料、纤维毡增强热塑性材料、连续纤维增强热塑性材料和热塑性复合材料芯板。其中,短纤增强热塑性材料因其强度较差,不能满足结构材料的性能要求,所以发展出了长纤增强热塑性材料;而连续纤维对热塑性材料的增强效果比短纤和长纤更好,大幅提升了机械性能和耐疲劳性能,所以近年来研究活跃。连续纤维热塑复材早期主要着重于航天和军事的应用,从2003年开始逐步应用于汽车材料、运动器材、建筑等行业。随着汽车、电子电器等行业的发展,连续纤维热塑复材的需求也会越来越大,因此加快连续纤维热塑复材的研制和推广具有重要意义。
相比于热固性材料,热塑性材料不需要经过交联和固化,可以多次加工成型,且成型工艺更为便捷高效,所以热塑性材料近年来一直保持稳定持续发展,尤其是纤维增强热塑性材料。纤维增强热塑性材料的基体树脂可采用聚丙烯、聚酰胺、聚酯等热塑性材料,纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,其中又以玻璃纤维较为常用。
连续纤维热塑复材的主要制备技术
(1) 溶液浸渍技术
选用合适的溶剂溶解树脂基体,制备成溶液,然后用这种溶液浸渍碳纤维束,通过烘干使溶剂挥发,最后压实制得预浸料。不过这种方法有一定的局限性,不是所有的热塑性基体都能溶于有机溶剂。
(2)悬浮浸渍技术
先把树脂粉末制成悬浮液,纤维丝束浸泡在悬浮液里和树脂充分浸渍,然后经过烘箱烘干并使树脂属于熔融状态,再进入热压辊压制和冷却即可制成预浸带。
(3)粉末浸渍技术
将碳纤维丝束展宽展薄;然后通过一个充满了 10μm 的微小粉末的静电流化床,使树脂粉末均匀地涂覆在纤维表面,经过烘箱加热以及热压辊压延使树脂充分浸润纤维,从而得到热塑性片材。
(4)熔融浸渍法
连续碳纤维放在纱架后,经过辊轮调节使其受力均匀地进入分丝系统,在这个系统中,碳纤维经过展开辊和预热后充分展开后进入浸渍系统中,在高温高压下,熔融的热塑性树脂渗入并浸润碳纤维,待定型后再牵引收卷得到连续碳纤维增强热塑性预浸带。
2. 连续纤维热塑复材有关专利布局*
3.连续纤维热塑福彩最新进展
连续纤维热塑复材在航空航天领域、军事领域、汽车材料、运动器材、建筑材料或电子电器中有着广泛的应用。
Pipelife Nederland B.V为了使原有的柔性热塑性塑料管能承受高压,并解决工作生产中钢管容易被腐蚀的问题,与壳牌、DNV、帝人、阿克苏诺贝尔合作,向热塑性柔性管中加入了增强相,因此得名“增强热塑性塑料管”。如图3所示,从左至右分别是该公司研发的碳纤维、芳纶纤维增强PE管以及带有铝膜具有气密特性的增强热塑性复合管材。
近年来,旭化成将重点展示其用于轻质、紧凑和安全电动汽车电池解决方案的各种材料。公司目前正在开发一种新型连续玻璃纤维增强热塑性塑料LENCEN。该复合材料由连续玻璃纤维织物层与聚酰胺66 (PA66) 薄膜堆叠而成。由于这种材料具有拉伸强度、高耐热性和类似金属的抗冲击特性,因此可以提高电动汽车电池的碰撞安全性并减轻其重量。
4.结语
虽然连续纤维热塑复材有着良好的发展前景,但目前仍处在发展初期阶段,技术成熟度和标准化程度不高。譬如,市场上大部分热塑性材料的基体树脂不能满足加工要求,从而限制了基体树脂在连续纤维增强复合材料中的应用。企业还需要加快研究步伐,跟上国际发展的脚步。
*注:由于专利申请延迟公开,数据库收录时滞等原因,专利申请量可能低于实际情况,故2023年的数据不在本报告的统计范围内。
此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译,部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的,仅供行业人士交流,引用请注明出处。