碳纤维预浸料百科 全面了解碳纤维预浸料

摘要

东丽公司推出新一代碳纤维预浸料，性能卓越，适用于航空航天领域。碳纤维预浸料是一种高强度、低密度的复合材料，分单向和编织两种类型，广泛应用于多个领域。其生产工艺包括涂膜、热压等步骤，主要使用环氧树脂。全球碳纤维预浸料市场预计将持续增长，主要供应商包括国际和国内企业。未来发展趋势包括大丝束碳纤维预浸料的应用、非热压罐工艺、专用预浸料等，将推动技术创新和更多领域的应用。

正文

日本东丽2017年初针对航空航天市场推出号称世界上性能最好的新一代碳纤维预浸料，其拉伸强度和抗冲击性能比上一代产品均提升了30%。该产品解决了长久以来高模量和高韧性不可得兼的技术难题，可以耐受温度极值（极高温和极低温），充分迎合了航空航天应用的技术需求和市场期待，在上述领域或将大有作为。

那么碳纤维预浸料究竟为何方神圣，待小编为大家慢慢道来。

预浸料（Prepreg，PreimpregnatedMaterials），是把基体（Matrix）浸渍在强化纤维（Reinforced Fiber）中制成的预浸片材产品，是复合材料的中间材料。

碳纤维预浸料是由增强体，如碳纤维纱、树脂基体、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料，又名碳纤维预浸布。

性能特点

• 强度高、密度小：碳纤维预浸料的强度可以达到钢材的6-12倍，密度只有钢材四分之一

• 可塑性好：可根据模具形状做成任何形状，成型容易，便于加工

• 耐腐蚀，寿命长 

碳纤维预浸料种类

碳纤维预浸料的种类有单向碳纤维预浸料及编织碳纤维预浸料，单向碳纤维预浸料在纤维方向有最大的强度，通常用于有不同方向组合的叠层板，而编织碳纤维预浸料具有不同的编织方式，其强度在两个方向约相等，可应用于不同的结构物。

应用领域

广泛应用于钓具、运动器材、体育用品、航空航天等领域， 军事上用于制造火箭、导弹、卫星、雷达、防弹车、防弹衣等重要军工产品。

• 由纤维束拼成所需的含量及宽度，然后经纤维架将纤维均匀的分开，同时树脂加热后涂布在上下离型纸上。

• 将纤维及涂布树脂的上下离型纸同时导入滚轮中，纤维位于上下离型纸之间，借由滚轮的压力将树脂均匀的散布于纤维之间。

• 纤维含浸树脂后经过冷却或烘干，经捲取器捲取成捲轴状。

  

  碳纤维预浸料生产工艺流程图 

碳纤维预浸料的主要生产方式

碳纤维预浸料主要有两种方式：一种为直接将树脂加热，以降低其黏度，便于均匀散布于纤维之间，称为热溶法。另一种为将树脂溶于溶剂中来降低黏度，待树脂含浸纤维后再加热使溶剂挥发，称为溶液浸渍法。

热熔胶法的制程，树脂含量控制容易，可省略烘干的步骤，且无残存的溶剂，但树脂黏度较高，含浸纤维编织物时易造成纤维变形。溶剂法投资成本低，制程简便，但是溶剂的使用易残存于预浸布中，影响最终复合材料的强度，而且造成环境污染的问题。

目前碳纤维预浸料主要使用热固性材料：环氧树脂，由于预浸料的树脂固化状态为B-stage，因而捲取的预浸料需于低温环境保存，碳纤维预浸料在室温所能储存的时间称为储存周期，如无低温储存条件，预浸料的制作量必须以在储存周期内能够使用完毕为原则。

碳纤维产业不仅包括聚合、原丝及碳纤维的生产过程，而且包括下游碳纤维预浸料的生产及复合材料的生产与应用。

据复合材料杂志ReinforcedPlastics援引的报告称，到2019年，全球碳纤维预浸料市场将达40亿美元，保持快速增长，复合增长率超过11%。由于生产成本的飞升和总需求的增长，碳纤维预浸料的价格将以更快的速度上涨。全球的预浸料供应商数量不断上升，整体的市场充满着创新的活力，产品性能有了更高的表现。

碳纤维预浸料主要企业

全世界最著名的碳纤维预浸料公司是Toray（东丽）、 Hexcel（赫氏）、Cytec（氰特）、Gurit（固瑞特）和TenCate。占有预浸料市场的大部分份额。

国内企业有中复神鹰碳纤维有限责任公司、江苏恒神股份有限公司、沈阳中恒新材料有限公司、威海光威复合材料有限公司 、四川新万兴复合材料有限公司 、嘉兴中宝碳纤维有限公司、江苏澳盛复合材料科技有限公司等公司，虽同国外企业还存在很大差距，但已经在各领域取得了一定的成果，有效减少了对进口产品的依赖。

• 大丝束碳纤维预浸料在工业领域的优势日益明显。

• 非热压罐工艺（OOA，Out of Autoclave）的预浸料大力发展，可大大降低预浸料后续固化成型的时间与成本。

• 针对不同应用的专用预浸料：如汽车领域，对零件短时间成型要求高，为满足后续快速成型工艺，必须开发＜5min的快速固化预浸料。

• 功能化的预浸料：在树脂中混入纳米碳管或短切碳纤维制成具有吸波功能的预浸料。

• 与其他材料共固化的预浸料：预浸料可以与灌注的树脂共同固化，可以与SMC共同模压固化，也可以用单向预浸料﹢织物预浸料﹢SMC共同模压固化。
  

• 热塑性碳纤维预浸料：无需冷库仓存与运输，后续成型工艺高效且方便，材料的韧性大，抗冲击性能好，尤其可再生利用，符合节能减排绿色环保趋势。

来源：新材料在线