复材技术·阻碍连续碳纤维增强热塑性复合材料应用的主要技术因素
本文摘要：（由ai生成）
碳纤维材料因其特性受重视，但成本高且传统树脂基体有局限。智上新材料科技通过五年研发，改进热塑性树脂与碳纤维的浸润技术，成功生产高质量单向预浸带，用于高端设备。该技术解决了热塑性树脂的成型和浸润问题，提高了复合材料的韧性和耐冲击性能。随着技术进步，智上新材料科技有望拓展碳纤维的应用领域。
碳纤维材料的密度为1.7 g/cm3，仅仅是钢材料的四分之一，但是其强度却远高于钢材料。尽管碳纤维材料应用成本较高，但因其轻量化、高强度的优势，在多个领域都得到了重视。碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和高比模量、蠕变小、耐腐蚀性能好、易于成型等优点，广泛应用轨道交通、航空航天、医疗器械、智能机械等不同领域的装备中。过去，碳纤维复合材料所采用的树脂基体主要以环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂为主，这类树脂的缺点也比较明显，多存在脆性大、耐冲击性差等问题。
连续碳纤维增强热塑性复合材料则是一种新型碳纤维增强复合材料，与传统的碳纤维复合材料主要差异在于基体材料，是将连续碳纤维放入热塑性树脂基体中并经过一定的成型方法得到的一种性能优异的复合材料。除了一般的力学性能外，采用热塑性树脂制备的碳纤维复合材料可显著提高韧性、耐冲击性能，在耐高温和耐磨性方面都远胜于环氧树脂基碳纤维复合材料，因此该材料更适用于对性能要求更高的应用环境，可以说是目前常用的碳纤维复合材料的“进阶版”。
然而，之所以在过去连续碳纤维与中高端热塑性树脂的结合应用非常少，是因为这类树脂材料的玻璃化转变温度高，成型困难，且加热熔融后熔体黏度较高导致难以充分浸润连续碳纤维增强体，对最终的复合材料性能有制约性影响。从实际应用方面看，连续碳纤维增强热塑性复合材料在生产过程中容易出现多种问题，例如当碳纤维体积比例较大时，热塑性碳纤维复合材料的性能反而会下降。当碳纤维体积分数达到45-50%时，复合材料中出现的缺陷孔洞就会不断增多，其孔隙率甚至可以达到4%以上。复合材料孔隙率增大所导致的大量缺陷和孔洞直接降低了复合材料中碳纤维性能的发挥效率。在此情况下，即便碳纤维含量增多了，但是复合材料的拉伸强度和拉伸模量却不能随之得到提升。碳纤维表面杂质的阻聚作用等虽然也有一定的影响，但是当碳纤维体积分数增大后，浸润不充分是造成复合材料空隙率迅速增大的主要原因。
如何解决连续碳纤维与热塑性树脂之间的浸润与熔融问题，是目前推进连续碳纤维增强热塑性复合材料应用的主要任务。国内碳纤维零部件制造商智上新材料科技前后耗费五年时间，通过对自主研发的设备进行阶段式改造，不断调整工艺方法，有效提升了热塑性树脂与连续碳纤维之间的浸润率。连续碳纤维增强PPS/PA6/PEEK/PI等单向预浸带产品质量稳定、性能卓越，是制作高端设备理想的零部件原材料。随着工艺水平的提升，智上新材料有信心将连续碳纤维与中高端热塑性树脂的结合技术延伸到更多产品，为碳纤维应用开拓更多领域。来源：碳纤维趋势
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