热塑性碳纤维未来发展的3种趋势
碳纤维是一种不可多得的高性能新材料,它也有性能高低之分,具体需要看制备原丝的材料和工艺。将碳纤维与树脂基体材料融合,形成的碳纤维复合材料是当下较为可靠的应用方式。根据树脂的不同,主要划分出热固性和热塑性碳纤维,热塑性碳纤维更是被寄予厚望,有望成为未来碳纤维产业的支柱。
热塑性碳纤维未来发展的3种趋势
热塑性碳纤维在性能表现上更出色,同时还具备回收重塑的特性,所以国内外的碳纤维产业才会将它视为未来的产业支柱。其实热塑性碳纤维也是在逐步发展的,而目前还处于较为基础的环节,需要攻克较多难题,才能将热塑性碳纤维材料发展成熟。热塑性碳纤维复合材料的发展是以实际应用为目的的,因此下面的3种发展趋势更贴近现实。
1、从粉末碳纤维增强向连续碳纤维增强形式发展
碳纤维热塑性复合材料按增强纤维的形式可分为粉末碳纤维、短切碳纤维、单向连续碳纤维和织物碳纤维增强等不同种类。复合材料在遇到弯曲或剪切破坏时存在纤维从基体中拔出的过程,增强纤维越长,在拔出时吸收的外加载荷所提供的能量就越多,复合材料的整体强度就越高。因此,相比于粉末或短切碳纤维增强热塑性复合材料,连续碳纤维增强热塑性复合材料具有更好的性能优势。国内应用最多的注塑成型工艺采用的还是粉末或短切碳纤维增强的形式,制品的性能存在一定的局限性,当使用连续碳纤维增强形式时,热塑性碳纤维复合材料将迎来更宽阔的应用空间。
2、从低端热塑性树脂向中高端热塑性树脂基体发展
热塑性树脂基体在熔融过程中表现出高黏度特征,这种高黏度树脂基体通常是难以充分浸润碳纤维材料的,而浸润程度与预浸料的性能表现密切相关。为了进一步提升浸润度,采用了复合材料改性技术,并对原有的展纤装置和树脂挤出设备进行了改进,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,明显改善了热塑性树脂对碳纤维的浸润效果,有效保证了连续碳纤维增强热塑性碳纤维预浸料的性能。成功地将连续碳纤维热塑性复合材料的树脂基体从PPS、PA这类低端热塑性树脂向PI、PEEK这些中高端树脂延伸。
3、从实验室手工制作向稳定量产化发展
从实验室小量实验成功到车间稳定量产,这中间最为关键的是生产设备的设计与调整。连续碳纤维增强热塑性碳纤维预浸料能否实现稳定量产,不仅要看日均产量,更重要的衡量标准是看碳纤维预浸料的质量是否稳定,即看预浸料中树脂含量是否可控且比例合适,看预浸料中碳纤维是否分布均匀且浸润透彻,看预浸料是否表面光滑且尺寸精准。为了兼具“质”和“量”,无锡金洋6新材历经三载,经过成百上千次调整,才达到了稳定量产的最终目标。
批量生产可以满足更多的需求,同时在量变的过程中引起质变,从而实现中高端热塑性碳纤维的发展目标,这可能也是未来碳纤维产业的发展的方向。
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