熱塑性碳纖維復合材料優(yōu)勢比較及應用展望
碳纖維材料是在上世紀六十年代末才首次投入市場,我國掌握碳纖維材料生產(chǎn)技術也是近十年的事情,但碳纖維材料憑借其獨特的性能優(yōu)勢——高比強度、高比模量、耐磨、導電性、長期受力不發(fā)生蠕變和疲勞、X射線透過性好、尺寸穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、耐高溫等等特點,成為性能廣、用途多的增強纖維之一,廣泛用于宇航、衛(wèi)星、精密儀器、民用、火箭、飛機、X射線裝置、醫(yī)學等各個領域。
迄今為止,國內(nèi)正在應用的碳纖維增強復合材料還是以環(huán)氧樹脂為基體的熱固性復合材料為主,然而,由于基體樹脂本身所具有的缺陷,直接影響到這類碳纖維增強熱固性復合材料在高溫濕態(tài)環(huán)境中的力學性能表現(xiàn),在滿足高端應用需求時存在障礙。
熱塑性復合材料自上世紀70年代初被開發(fā)以來,越來越受到各國重視,相關的研究及應用都十分活躍。航天、航空、汽車、化工、電子電器等領域均是熱塑性復合材料應用和發(fā)展速度較快的領域。特別是近10年來,每年的消費量均以25%的速度增長,發(fā)展速度比熱固性復合材料高數(shù)倍。
與熱固性碳纖維復合材料相比,熱塑性碳纖維復合材料具有以下的應用優(yōu)勢:韌性比較高、損傷容限大、介電常數(shù)比較好、維修方便、有類似于金屬的加工特性、成本低等優(yōu)點。從制作工藝角度看,熱塑性碳纖維復合材料的原材料儲存期不受限制、不需低溫貯存、成型加工周期比較短、成型不需要熱壓罐等大型專用設備,尤其是它所具有的良好的可循環(huán)性、可回收、可重復利用和不污染環(huán)境等特性很好地適應了當今世界對材料產(chǎn)業(yè)所提出的環(huán)保要求。
因此,過去以熱固性碳纖維復合材料制品為主要方向的下游廠商開始轉(zhuǎn)變目光,把更多的資源傾向于發(fā)展熱塑性碳纖維復合材料制品方面。通過碳纖維無人機、大型碳纖維輥軸、碳纖維機械臂等熱固性碳纖維復合材料產(chǎn)品在新工業(yè)領域建立地位的無錫智上新材料科技有限公司,計劃在三年內(nèi),調(diào)整企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構,將熱塑性碳纖維復合材料作為重點發(fā)展對象,大力推進碳纖維增強PEEK、PI、PPS等熱塑性碳纖維復合材料在高端醫(yī)療、精密機械、軌道交通和航空航天等領域的應用。
從短期看,碳纖維熱塑性復合材料的大批量市場應用尚未成熟,還有大面積的應用市場有待開發(fā),但是隨著碳纖維熱塑性復合材料制品在工藝及質(zhì)量穩(wěn)定性、產(chǎn)品系列化、規(guī)格化與國外同類技術水平等方面差距的不斷縮小,相信只要緊密圍繞新興產(chǎn)業(yè)的巨大需求,抓住發(fā)展機遇,持續(xù)推進原料生產(chǎn)技術進步,加大碳纖維熱塑性復合材料體系、加工工藝、應用水平的研究,提高對系列化產(chǎn)品開發(fā)、市場培育等環(huán)節(jié)的支持力度,國內(nèi)的碳纖維熱塑性復合材料產(chǎn)業(yè)必將迎來一個新的發(fā)展階段。
(來源:復合材料先行者)
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