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热塑性碳纤维复合材料发展的3个趋势

作者:小智 时间:2020-11-24 13:05:00 浏览:170
摘要:受制于热固性碳纤维复合材料性能的局限性,热塑性碳纤维复合材料近些年的呼声很高。不过热塑性碳纤维复合材料的生产可不容易,随着这些年的探索和尝试,逐渐摸索出热塑性碳纤...

碳纤维复合材料近些年可谓发展迅猛,高端航空领域少不了它的参与。但是受制于热固性碳纤维复合材料性能的局限性,热塑性碳纤维复合材料近些年的呼声很高。不过热塑性碳纤维复合材料的生产可不容易,随着这些年的探索和尝试,逐渐摸索出热塑性碳纤维复合材料发展的3个趋势。
 
热塑性碳纤维复合材料应用于航天飞机
 
1、从粉末热塑碳纤维向连续热塑碳纤维发展
 
粉末碳纤维、短切碳纤维作为树脂基体的增强体材料,经常会在建筑施工、墙体加固上面有所应用。不过粉末碳纤维和短切碳纤维增强得来的性能提升毕竟有限,在相对高端的航空航天、军工等领域无法胜任了。目前国内注塑成型的热塑性碳纤维复合材料多采用粉末或短切碳纤维增强的方式。
 
经过试验,科研人员发现,碳纤维复合材料遇到弯折或剪切破坏时,如果碳纤维长度越长,从基体树脂中拔出所吸收的外在载荷需要的能量也就越多,碳纤维复合材料的整体性能也就越好。这也是为什么热塑性碳纤维复合材料要从粉末走向连续的根本原因。
 
2、从低端热塑性树脂向中高端热塑性树脂发展
 
热塑性碳纤维复合材料由碳纤维原丝和热塑性树脂融合而成,其中强度和模量以外的很多性能均有热塑性树脂提供,所以想要让热塑性碳纤维复合材料的综合性能更强,自然要从热塑性树脂上下功夫。目前热塑性树脂的发展方向是从PPS和PA这种相对低端的热塑性树脂,向TPI和PEEK这种相对高端的热塑性树脂过渡。
 
热塑性树脂基体在熔融过程中会表现出高黏度特征,导致与碳纤维原丝无法充分浸润,最终热塑性碳纤维复合材料的性能也就无法保证。随着热塑性树脂基体熔融技术的提升,同时对原有展纤装置及树脂基础装置的改进,在延展碳纤维原丝丝束宽度的同时,增加树脂的持续挤出量,碳纤维原丝的浸润效果得以提高,最终促使热塑性碳纤维复合材料的性能提升得到根本性的解决。
 
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3、从实验室手工制作向批量生产发展
 
连续碳纤维增强热塑性碳纤维复合材料的制备,最开始是由实验室发起,科研工作者们带头进行尝试,为了测得该复合材料的各项数据,研究其各项参数配比等。最终的目的还是为了能够实现批量生产,为国内高端领域稳定长期的供应。
 
当实验室攻克了热塑性碳纤维制备的秘诀之后,就需要考虑如何量产的问题。这其中牵扯到生产设备的设计、运作、调整和维护等问题。实现量产只是第一步,更重要的是在量产后如何保证材料的良品率,还要再思考如果扩大产能,材料尺寸是否能提升等等问题。
 
目前无锡智上新材料经过3年的上千次的实验,已经掌握了连续碳纤维增强热塑性复合材料的制备技术,并且成功实现量产,目前热塑性碳纤维大项预浸带的宽幅可以达到40-60mm。相信经常我们的努力,多种热塑性树脂的制备技术就会被相继攻克,为国内碳纤维行业的发展提供一些助力。

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