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碳纖維增強熱塑性復合材料在國內的發(fā)展為何比較遲緩?

時(shí)間:2020-05-17 09:57 閱讀:1043 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

從上世紀末開(kāi)始,碳纖維成為先進(jìn)復合材料應用的關(guān)鍵詞之一,隨著(zhù)國內碳纖維原材料生產(chǎn)技術(shù)逐步?jīng)_破國際技術(shù)封鎖,先后實(shí)現了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合材料的應用,特別是以環(huán)氧樹(shù)脂基為主的碳纖維復合材料。相對而言,熱塑性碳纖維復合材料的應用則非常有限。碳纖維增強熱塑性復合材料在國內的發(fā)展為什么會(huì )比較遲緩呢?有以下幾個(gè)方面的原因。

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首先,需求市場(chǎng)對熱塑性碳纖維復合材料的認識不夠全面,熱塑性碳纖維復合材料的優(yōu)勢沒(méi)有得到充分重視,從而影響到市場(chǎng)需求量的正常增長(cháng)。一般認為,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(shí)上,熱固性碳纖維復合材料也并非沒(méi)有缺點(diǎn),其存在著(zhù)成型周期長(cháng)、沖擊韌性差、預浸料存放時(shí)間短、不能重復使用、局部損傷難于修復等一系列弱點(diǎn)。與熱固性樹(shù)脂基碳纖維復合材料相比,熱塑性碳纖維復合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無(wú)限預浸料存儲期、成型周期短、生產(chǎn)效率高、易修復等顯著(zhù)優(yōu)勢。

熱塑性碳纖維復合材料的利用價(jià)值沒(méi)有得到充分認識和開(kāi)發(fā),直接影響到了市場(chǎng)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,從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應用。

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其次,熱塑性碳纖維復合材料制造技術(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。

大多數熱塑性樹(shù)脂在熔融溫度下黏度較高,無(wú)法很好地浸漬纖維織物,因此,熱塑性樹(shù)脂基碳纖維復合材料預浸料的制備本身就存在很大的難度,不能解決熱塑性樹(shù)脂高黏度下的浸潤問(wèn)題,遑論其它。較為常用的熱塑性復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。

采用熔融法制備熱塑性碳纖維復合材料預浸料時(shí)也必須解決樹(shù)脂黏度大、浸漬時(shí)間短所造成的中空干斑、纖維需要得到良好且無(wú)損分散等問(wèn)題。

再者,原材料成本高,導致下游應用需求遭到扼制。碳纖維原絲價(jià)格不菲,高端的熱塑性樹(shù)脂價(jià)格也是普通的環(huán)氧樹(shù)脂的數十倍,再加上制作技術(shù)要求高,種種因素的疊加,導致了熱塑性碳纖維復合材料,特別是使用PEEK、PI這些高端的熱塑性樹(shù)脂為基體的碳纖維復合材料制品價(jià)格令人望而生畏。

另一方面,國內使用的碳纖維增強熱塑性復合材料主要還是依靠進(jìn)口,國外的高性能熱塑性復合材料預浸料供應則被壟斷,這些公司具有供應各個(gè)系列的玻璃纖維/碳纖維增強PEI、PPS和PEEK熱塑性預浸料的能力,被壟斷后的預浸料價(jià)格自然是居高不下。

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最后,國內有關(guān)熱塑性碳纖維復合材料方面的科研成果轉化之路并不順利,國內對熱塑性復合材料預浸料的制備和研究有一定的基礎,但與發(fā)達國家相比,仍存在很大的差距,加上后續工作的連續性不強,導致目前我國仍缺乏材料制備和結構成型相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設備。

但是,技術(shù)比較成熟的還是以玻璃纖維增強工程熱塑性樹(shù)脂預浸料產(chǎn)品為主,少數的碳纖維增強熱塑性預浸料產(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(wèn)題,從科研成果向規?;a(chǎn)轉化還有相當大的距離。

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不過(guò),隨著(zhù)航空制造、汽車(chē)、電子電器、高端醫療設備、智能化機械等行業(yè)的快速發(fā)展,我國對碳纖維增強熱塑性復合材料的市場(chǎng)需求逐步顯示出巨大的發(fā)展空間,我們也欣喜地看到民營(yíng)企業(yè)率先走出了以研發(fā)引導市場(chǎng)的第一步,“我們自主研發(fā)的熱塑性碳纖維復合材料制造設備可以批量化供應碳纖維增強PEEK、PI、PPS等一系列高性能熱塑性碳纖維復合材料制品,以一款骨外科醫療用的碳纖維PEEK零部件產(chǎn)品為例,我們能比同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格低30%以上”,正如產(chǎn)品研發(fā)組長(cháng)所說(shuō),當技術(shù)質(zhì)量達到了要求,當價(jià)格成本降到了市場(chǎng)能接受的范圍,當科研成果很好地轉化為生產(chǎn)力,國內的熱塑性碳纖維復合材料發(fā)展將實(shí)現新的飛躍。


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