在碳纤维复合材料的市场应用中,热塑性树脂基碳纤维复合材料的性能相比传统的热固性碳纤维复合材料具有更多优点,如高冲击强度、耐疲劳性、高热稳定性和抗蠕变性。因此,在航空航天、精密设备等高端领域,热塑性碳纤维材料具有更为广阔的应用前景。特别是采用先进的芳香族热塑性树脂如聚醚醚酮(PEEK)这类材料作为树脂基体,并通过添加连续碳纤维来作为增强体,所形成的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料是行业内公认的优异用材。该材料不仅具有较高的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,还保持了PEEK的化学稳定性和耐高温性能,尤其是在高速高载恶劣条件下其依然可以保持良好的耐摩擦磨损性能。
不过,连续碳纤维增强热塑性复合材料的制备在实际应用中存在三大难点:一是PEEK这类高性能热塑性树脂低熔体流动速率和高成型温度不利于树脂对纤维的浸渍;二是热塑性预浸料在常温环境下无黏性、硬挺度高,使其铺覆性不如热固性预浸料;三是成型过程中的温度压力控制、降温和热处理工艺对复合材料的孔隙率以及树脂的凝聚态结构影响非常复杂,需要足够的经验来把控。
其中,预浸料作为复合材料应用的中间材料,不仅是连续碳纤维增强热塑性复合材料制备的一个重要环节,更直接影响其应用效果和性能表现。国内的碳纤维零部件专业制造商智上新材料科技从连续碳纤维增强热塑性单向带(TPUD)着手,在设备、工艺等各方面进行创新性优化,例如,通过压力和降温速率的控制实现预浸带层间剪切强度的提升等,有效保证了预浸带的性能质量。
在全面的工艺优化下,智上新材制备的连续碳纤维增强热塑性复合材料单向预浸带界面性能优异,层间拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、剪切强度等各项指标均处于国际先进水平,有效避免了传统制备工艺为降低树脂黏度而带来的韧性和疲劳性能方面的缺陷。采用这种预浸料制备的零部件质量优异、性能可靠,多用于高精尖设备关键部位的配套。
近来,为了进一步扩大热塑性碳纤维复合材料在更多高端领域的应用,智上新材料在已有的聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)等连续碳纤维增强热塑性碳纤维复合材料单向带的基础上又相继推出了聚酰胺(PA)、聚芳基醚酮(PAEK)等更多热塑性树脂基碳纤维预浸料,并以连续碳纤维增强热塑性单向带(TPUD)、热塑性碳纤维编织布和连续碳纤维增强热塑性复合板为主要应用形式,很大程度上扩充了热塑性树脂基碳纤维复合材的产品阵容。
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