优化工艺方案推动连续碳纤维热塑性零部件的实际应用|材料|树脂|模压|热塑性零部件|碳纤维|预浸料

连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的现实应用存在两大技术难题：一是连续碳纤维与热塑性树脂之间难以熔融；二是使用连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料制作零部件时无法实现统一的工艺方案。针对以上问题，国内的碳纤维零部件制造商智上新材料科技为连续碳纤维增强热塑性复合材料在高端行业的规模化应用提供了创新性的解决方案。

首先，PEEK、PPS、PA6等热塑性树脂的熔融黏度很大，在预浸料制作过程中严重影响到与纤维的浸润效果。而热塑性树脂与碳纤维之间的浸渍效果，又会直接影响到二者之间的界面强度。界面剪切强度（IFSS）是反映碳纤维和树脂基体结合力的重要参数，改善碳纤维与基体的浸润性，就能改善两者的相容性和界面结合强度，最终提升成品性能。

为有效提升热塑性树脂与碳纤维增强体之间的浸润度，智上新材料的研发团队深入研究制备温度、速率等因素对预浸料性能的具体影响，得到最优化的制备工艺参数。例如，在一定范围内升高温度能够降低热塑性树脂的熔融黏度，有利于加快树脂向纤维束内渗透浸渍的速度，从而降低复合材料孔隙率，同时有利于改善其对碳纤维表面的润湿作用，强化界面浸润效果。除此之外，重视设备的优化和改性剂的使用，也是智上新材实现充分浸润的重要途径。目前，智上新材的连续碳纤维增强PEEK/PPS/PA6单向预浸带的浸润率可以媲美国际一线产品。

其次，在采用连续碳纤维增强热塑性复合材料预浸料制作零部件的过程中，因为定制类零部件的非标性，导致没有统一的工艺方案可以借鉴。以常见的模压成型工艺为例，影响零件质量的关键因素包括预热温度和时间、模具保压压力和时间，以及模具温度。

预热温度和时间决定了零部件毛坯在加热炉中所能达到的最高温度和软化程度，对模压成型制品质量和性能的影响非常显著。智上新材通过提高预热温度改善模压成型制品中树脂对纤维的浸渍状态、降低孔隙率。同时防止加热温度过高，避免造成树脂氧化和热降解。

保压压力会影响了制品的厚度和压实程度。由于预热过程中存在脱固结现象，如果压力过小，零部件制品就无法被充分压实，容易出现局部厚度偏大且不均、孔隙率过高、分层、变形量不达标等问题；但过高的保压压力也会使过多的树脂被挤出，导致零部件制品局部太薄、易扭曲变形等缺陷。保压时间是材料从合模加压到开模卸压所经历的时间。适当延长保压时间能有效降低制品的孔隙率，提高材料的力学性能。如果时间过长，温度降低到树脂的凝固点以下，制品就会完全固结定型。

模具温度对合模后零部件毛坯的降温速率有显著的影响，这既能影响树脂再浸渍纤维的时间，又能影响树脂的结晶程度。升高模具温度可以降低毛坯的冷却速率，改善浸渍状况，并减小孔隙率，有利于提高复合材料制品的力学性能和表面光泽度；但模具温度过高，易导致脱模后过多的残余热应力，部件易发生变形和分层开裂。