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im体育网页版:碳纤维增强热塑性复合材料三种原材料形式

发布时间:2022-06-01 17:13:03 来源:im体育网站 作者:im体育下载

  随着产品不断升级,应用下游对高性能轻量化复合材料的需求也越来越多。重量轻、耐高温耐磨、不易被腐蚀、蠕变小、综合性能强的碳纤维增强热塑性复合材料也获得了新的发展机遇。但是受制于碳纤维上游的制备技术以及昂贵的材料成本,碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)在国内的应用尚未拉开大幕。

  就目前情况来看,CFRTP作为原材料主要有粒料、复合纱线、预浸料这三种形态,所涉及的工艺和应用效果存在一定的差异性。

  以短切碳纤维为增强材料,以PA6/6、PPA、PEI、PPS、PEEK和PAEK等树脂为基体的碳纤维增强热塑性复合材料粒料经注塑成型工艺可以用于生产结构较为复杂的零部件产品,因为这种原材料能以更快的速度、更高的一致性被生产出来,所以这种原材料在讲究应用成本和消费量庞大的汽车市场中应用最为广泛。但是种种实验表明,相同体积含量复合材料中单根纤维越长则纤维根数越少,纤维端部造成的应力集中便越少,材料破坏也就越困难。而且在一定长度范围内纤维越长,拔出时吸收的能量就越多,强度提高越显著。因此,与连续碳纤维增强热塑性复合材料相比,碳纤维增强热塑性复合材料粒料在力学性能方面的不足也是比较明显的。

  碳纤维增强热塑性复合材料纱线一般会被用来制作热塑性复合材料型材,依次通过压平、浸渍、排气、压实、冷却、切割等程序,经过成型模的高压高温促进熔融的热塑性树脂与碳纤维纱之间的相互渗透。该工艺往往与一种半连续的自动化制造CCM技术相关,用于制造几乎无限制长度的热塑性复合材料平板或高度成型的型材,这种工艺的优势在于有很高的生产力,能保持稳定的质量和尺寸一致性。但是这种原材料和工艺的应用局限性很大,一是只能成型简单横截面,且表面积较少的产品,不能像预浸料那样制造出形式多样、结构复杂的零部件;二是这种原材料和工艺无法实现多角度铺层设计,因为增强纤维方向过于单一,难以满足对经纬向强度要求较高的产品性能需求。

  连续碳纤维增强热塑性单向预浸带作为单向拉伸强度和模量极高的材料,其综合性能远远超过碳纤维增强热塑性复合材料粒料,在可塑性和产品复杂性方面又远远优于碳纤维增强热塑性复合材料纱线。智上新材料科技是国内较早开始研究连续碳纤维增强热塑熔融浸渍工艺的制造商之一,这种工艺对连续碳纤维展丝以及与热塑性树脂的浸渍都提出了很高的要求。热塑性树脂的粘度非常大,因此展纱要展得足够开、足够薄,树脂基体的浸涂量要均匀,碳纤维必须在树脂基体里得到充分的浸润,才能保证良好的性能效果。经过连续数年的努力,智上新材料已经完成连续碳纤维增强PA/PPS/PEEK等系列单向预浸带的量产化目标,采用这种预浸带制作的零部件均具有较高的拉伸延伸率和断裂拉伸强度,以及良好的抗冲击强度,在耐高温、耐磨、耐腐蚀和轻量化方面有出色表现。


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