熱塑性碳纖維復(fù)合材料在國內(nèi)為何發(fā)展緩慢
2020-03-05
從上世紀(jì)末開始，碳纖維成為先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用的關(guān)鍵詞之一，隨著國內(nèi)碳纖維原材料生產(chǎn)技術(shù)逐步?jīng)_破國際技術(shù)封鎖，先后實現(xiàn)了T300、T700等型號的碳纖維原絲批量生產(chǎn)能力，隨之得到快速發(fā)展的是熱固性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，特別是以環(huán)氧樹脂基為主的碳纖維復(fù)合材料。
相對而言，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用則非常有限。碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在國內(nèi)的發(fā)展為什么會比較遲緩呢？
首先，需求市場對熱塑性碳纖維復(fù)合材料的認(rèn)識不夠全面，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)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(rèn)為，熱塑性聚合物在使用溫度、力學(xué)性能、耐蠕變和老化性能等方面不及熱固性聚合物。
事實上，熱固性碳纖維復(fù)合材料也并非沒有缺點，其存在著成型周期長、沖擊韌性差、預(yù)浸料存放時間短、不能重復(fù)使用、局部損傷難于修復(fù)等一系列弱點。與熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無限預(yù)浸料存儲期、成型周期短、生產(chǎn)效率高、易修復(fù)等顯著優(yōu)勢。
熱塑性碳纖維復(fù)合材料的利用價值沒有得到充分認(rèn)識和開發(fā)，直接影響到了市場需求量的產(chǎn)生，極為有限的需求量都存在于航天航空等高端小范圍之內(nèi)，從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
其次，熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)技術(shù)要求高，在一定程度上限制了一些技術(shù)水平和生產(chǎn)能力不夠的企業(yè)進(jìn)入。大多數(shù)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復(fù)合材料預(yù)浸料的制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。
較為常用的熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸工藝是熔融法，其基本工序包括纖維引絲、展絲、預(yù)熱、浸漬、冷卻、收卷等。采用熔融法制備熱塑性碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料時也必須解決樹脂黏度大、浸漬時間短所造成的中空干斑、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(dǎo)致下游應(yīng)用需求遭到扼制。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(huán)氧樹脂的數(shù)十倍，再加上制作技術(shù)要求高，種種因素的疊加，導(dǎo)致了熱塑性碳纖維復(fù)合材料碳纖維材料金屬基復(fù)合材料應(yīng)用復(fù)合材料的定義碳纖維復(fù)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復(fù)合材料制品價格令人望而生畏。
另一方面，國內(nèi)使用的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要還是依靠進(jìn)口，國外的高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料供應(yīng)則被TenCate、Cytec、Ticona 等公司所壟斷，這些公司具有供應(yīng)各個系列的玻璃纖維/碳纖維增強(qiáng)PEI、PPS和PEEK熱塑性預(yù)浸料的能力，被壟斷后的預(yù)浸料價格自然是居高不下。
最后，國內(nèi)有關(guān)熱塑性碳纖維復(fù)合材料方面的科研成果轉(zhuǎn)化之路并不順利，國內(nèi)對熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的制備和研究有一定的基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國家相比，仍存在很大的差距，加上后續(xù)工作的連續(xù)性不強(qiáng)，導(dǎo)致目前我國仍缺乏材料制備和結(jié)構(gòu)成型相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備。
北京航空航天大學(xué)、北京化工大學(xué)、浙江大學(xué)、華東理工大學(xué)、東華大學(xué)、中科院寧波材料所、哈爾濱玻璃鋼研究所、北京航空材料研究所等都或多或少地涉入此方面研究。
但是，技術(shù)比較成熟的還是以玻璃纖維增強(qiáng)工程熱塑性樹脂預(yù)浸料產(chǎn)品為主，少數(shù)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料產(chǎn)品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質(zhì)量偏低、品種單一等問題，從科研成果向規(guī)?；a(chǎn)轉(zhuǎn)化還有相當(dāng)大的距離。例如，北京航空材料研究院早在“九五”末就曾為某型號飛機(jī)研發(fā)出熱塑性碳纖維垂尾平板艙門，但是并沒有實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
不過，隨著航空制造、汽車、電子電器、高端醫(yī)療設(shè)備、智能化機(jī)械等行業(yè)的快速發(fā)展，我國對碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的市場需求逐步顯示出巨大的發(fā)展空間。當(dāng)技術(shù)質(zhì)量達(dá)到了要求，當(dāng)價格成本降到了市場能接受的范圍，當(dāng)科研成果很好地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，國內(nèi)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料發(fā)展將實現(xiàn)新的飛躍。
來源：復(fù)材網(wǎng)
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