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碳纖維增強熱塑性複合材料在國內的發展為何比較遲緩?

2020年02月27日 星期四 來源:新材料研習社 我來說兩句 保存為書簽

環球聚氨酯網訊:從上世紀末開始,碳纖維成為先進複合材料應用的關鍵詞之一,隨著國內碳纖維原材料生產技術逐步衝破國際技術封鎖,先後實現了T300、T700等型號的碳纖維原絲批量生產能力,隨之得到快速發展的是熱固性碳纖維複合材料的應用,特別是以環氧樹脂基為主的碳纖維複合材料。相對而言,熱塑性碳纖維複合材料的應用則非常有限。碳纖維增強熱塑性複合材料在國內的發展為什麼會比較遲緩呢?有以下幾個方麵的原因。

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首先,需求市場對熱塑性碳纖維複合材料的認識不夠全麵,熱塑性碳纖維複合材料的優勢沒有得到充分重視,從而影響到市場需求量的正常增長。一般認為,熱塑性聚合物在使用溫度、力學性能、耐蠕變和老化性能等方麵不及熱固性聚合物。

事實上,熱固性碳纖維複合材料也並非沒有缺點,其存在著成型周期長、衝擊韌性差、預浸料存放時間短、不能重複使用、局部損傷難於修複等一係列弱點。與熱固性樹脂基碳纖維複合材料相比,熱塑性碳纖維複合材料反而具有高韌性、高抗衝擊和損傷容限、無限預浸料存儲期、成型周期短、生產效率高、易修複等顯著優勢。

熱塑性碳纖維複合材料的利用價值沒有得到充分認識和開發,直接影響到了市場需求量的產生,極為有限的需求量都存在於航天航空等高端小範圍之內,從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維複合材料的進一步發展和應用。

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其次,熱塑性碳纖維複合材料製造技術技術要求高,在一定程度上限製了一些技術水平和生產能力不夠的企業進入。

大多數熱塑性樹脂在熔融溫度下黏度較高,無法很好地浸漬纖維織物,因此,熱塑性樹脂基碳纖維複合材料預浸料的製備本身就存在很大的難度,不能解決熱塑性樹脂高黏度下的浸潤問題,遑論其它。較為常用的熱塑性複合材料預浸工藝是熔融法,其基本工序包括纖維引絲、展絲、預熱、浸漬、冷卻、收卷等。

采用熔融法製備熱塑性碳纖維複合材料預浸料時也必須解決樹脂黏度大、浸漬時間短所造成的中空幹斑、纖維需要得到良好且無損分散等問題。

再者,原材料成本高,導致下遊應用需求遭到扼製。碳纖維原絲價格不菲,高端的熱塑性樹脂價格也是普通的環氧樹脂的數十倍,再加上製作技術要求高,種種因素的疊加,導致了熱塑性碳纖維複合材料,特別是使用PEEK、PI這些高端的熱塑性樹脂為基體的碳纖維複合材料製品價格令人望而生畏。

另一方麵,國內使用的碳纖維增強熱塑性複合材料主要還是依靠進口,國外的高性能熱塑性複合材料預浸料供應則被壟斷,這些公司具有供應各個係列的玻璃纖維/碳纖維增強PEI、PPS和PEEK熱塑性預浸料的能力,被壟斷後的預浸料價格自然是居高不下。

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最後,國內有關熱塑性碳纖維複合材料方麵的科研成果轉化之路並不順利,國內對熱塑性複合材料預浸料的製備和研究有一定的基礎,但與發達國家相比,仍存在很大的差距,加上後續工作的連續性不強,導致目前我國仍缺乏材料製備和結構成型相關的關鍵技術及設備。

但是,技術比較成熟的還是以玻璃纖維增強工程熱塑性樹脂預浸料產品為主,少數的碳纖維增強熱塑性預浸料產品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質量偏低、品種單一等問題,從科研成果向規模化生產轉化還有相當大的距離。

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不過,隨著航空製造、汽車、電子電器、高端醫療設備、智能化機械等行業的快速發展,我國對碳纖維增強熱塑性複合材料的市場需求逐步顯示出巨大的發展空間,我們也欣喜地看到民營企業率先走出了以研發引導市場的第一步,“我們自主研發的熱塑性碳纖維複合材料製造設備可以批量化供應碳纖維增強PEEK、PI、PPS等一係列高性能熱塑性碳纖維複合材料製品,以一款骨外科醫療用的碳纖維PEEK零部件產品為例,我們能比同類進口產品價格低30%以上”,正如產品研發組長所說,當技術質量達到了要求,當價格成本降到了市場能接受的範圍,當科研成果很好地轉化為生產力,國內的熱塑性碳纖維複合材料發展將實現新的飛躍。

 
 
 
 

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