熱塑性碳纖維復合材料的案例
熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料優勢及應用展望
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勢——高強度、高模量、耐磨、電性能、不易發生蠕變和疲勞、X射線透過性好、尺寸穩定、熱膨脹系數小、耐腐蝕、耐高溫等特點，成為性能廣、用途多的增強纖維之一，廣泛用于航空航天、軍工設備、精密儀器、醫學等各個領域。
熱塑性復合材料自開發以來，受到各國越來越多的重視，相關的研究及應用都十分活躍。航天、航空、汽車制造、石油化工、電子半導體等領域均是熱塑性復合材料應用和發展速度較快的領域。特別是近10年來，每年的消費量均以25%的速度增長，發展速度比熱固性復合材料高數倍。
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勢：韌性比較高、損傷容限大、介電常數比較好、維修方便、有類似于金屬的加工特性、成本低等優點。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性、可回收、可重復利用和不污染環境等特性很好地適應了當今世界對材料產業所提出的環保要求。
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變目光，把更多的資源傾向于發展熱塑性碳纖維復合材料制品方面。愈來愈多的新材料公司將熱塑性碳纖維復合材料作為重點發展對象，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療、精密機械、軌道交通和航空航天等領域的應用。
展開 熱塑性碳纖維復合材料優勢比較及應用展望
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品在新工業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，調整企業的產業結構，將熱塑性碳纖維復合材料作為重點發展對象，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，但是隨著碳纖維熱塑性復合材料制品在工藝及質量穩定性、產品系列化、規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業的巨大需求，抓住發展機遇，持續推進原料生產技術進步，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，提高對系列化產品開發、市場培育等環節的支持力度，國內的碳纖維熱塑性復合材料產業必將迎來一個新的發展階段。
（來源：復合材料先行者）
展開 CF/PEEK碳纖維復合材料和傳統碳纖維復合材料在醫療行業的應用差異
層間結合強度好，江蘇君華生產的PEEK碳纖維復合材料不易分層。熱塑性在模壓成型時，熔融后結合到一體的結合強度高。所以不易分層。從PEEK與碳纖維結合角度說一些，PEEK和碳纖維之間的結合強度很高,因此纖維釋放現象大大減少或沒有。另外,由于PEEK具有抗蠕變力,PEEK聚合物能夠長時間承受相對大的壓力,不會隨時間擴展,并且具有良好的纖維-母體界面結合強度。
近倆年國內也陸續有一些單位開始開發CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料，江蘇君華就是其中的一家。目前江蘇君華生產的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內知名醫療器械單位用于醫療加工髓內釘器械的瞄準架。目前驗證下來發現，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩性定，100次消毒后依然可以精準定位。
展開 什么是CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料？
CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料一般是以緞紋編織的為主，緞紋的紋路之間間隙大，有錯層間隙更有利于PEEK膠料的浸漬或者浸潤。PEEK材料的流動性不好，冷卻固化速度快。所以碳纖維復合材料的浸潤難度要遠遠高于環氧型碳纖維復合材料。PEEK的熱塑性復合材料一般碳纖維占比50~ 60%之間。密度一般為1.56g/cm3左右。PEEK本身作為特種高性能工程塑料，具有很多普通材料不具備的性能優點，如高強度，耐高溫，自潤滑，耐水解，耐腐蝕等等。所以PEEK型的碳纖維復合材料相較于普通環氧型的碳纖維復合材料，性能更加優越，解決了環氧型復合材料存在的很多問題。因PEEK本身價格比較昂貴，工藝成型難度大，所以目前PEEK熱塑性復合材料的價格也比較昂貴。目前主要廣泛應用于醫療和軍工行業。
展開 
江蘇君華特塑——連續碳纖維CF/PEEK熱塑性復合材料的專業供應商
江蘇君華特塑和東華大學復合材料協同創新中心朱姝團隊合作成立常州君航高性能復合材料有限公司。常州君航專注于連續碳纖維CF、玻璃纖維GF等增強PEEK、PEKK、PPS、PEI等高性能熱塑性復合材料預浸料、板材及制品的研發、生產和銷售，產品廣泛應用于航空航天、軍工、醫療器械及核電等高端領域。
○ 產品介紹 ○
PEEK作為特種工程塑料的“翹楚”，具有較高的Tg-143℃、Tm-343℃、250℃下長期使用；高強高韌性和優良的尺寸穩定性；優異的耐化學藥品性、水解、摩擦學特性、絕緣性、阻燃和抗輻射能力；優良生物相容性，骨科植入材料。
CF質輕高強，兼碳材料特性和紡織纖維的柔軟可加工性，設計自由度高；電化學活性低，耐腐蝕能力強；透X光。
CF/PEEK，CF以粉末、顆粒、長纖維、連續纖維或者纖維織物形式增強PEEK的復合材料。尤其以連續纖維和纖維織物增強PEEK的性能更為突出。復合材料具有耐高低溫、韌性好、耐疲勞性好、熱膨脹系數小，吸能抗振，導電性和導熱性好，透X光性、生物相容性好，在航空航天、汽車制造、電子電氣、生物醫療和食品加工等領域具有廣泛的應用，開發利用前景十分廣闊。
織物 CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料一般是以緞紋編織的為主，緞紋的紋路之間間隙大，有錯層間隙更有利于PEEK膠料的浸漬或者浸潤。
展開 2020年度碳纖維復合材料領域最新科研進展TOP10
日本開發出新型熱塑性碳纖維復合材料
日本的金澤工業大學與從事工業廢棄物處理和回收的三榮興業公司合作，開發出了比以往的碳纖維復合材料強度更高，而且抗靜電性能優異的新型熱塑性碳纖維復合材料。
此次開發的熱塑性碳纖維復合材料有望應用于要求具備高比強度和高比彈性模量等機械特性的汽車及飛機相關構件和建材等，此外，在需要具備高水平抗靜電性能的半導體等精密部件的成型領域，其利用價值也非常高，預計今后存在很大需求。
國外開發出具有80-90％伸長率的高延伸環氧樹脂
Master Bond公司開發出一種兩組分環氧體系樹脂——EP40Med樹脂,它兼具韌性和低拉伸模量,同時仍具有較高的搭接剪切強度。
這種柔性環氧樹脂具有80-90%的伸長率,1,600-1,800psi的搭接剪切強度和25,000-50,000psi的低拉伸模量。它符合ISO 10993-5測試的要求,因此被認為是無細胞毒性的。該化合物可用于粘合、密封、涂層和封裝。
添加不到1‰，碳纖維強度蹭蹭往上提！
弗吉尼亞大學Xiaodong Li、Adri C. T. van Duin教授研究團隊聯合賓夕法尼亞州立大學Leonid V. Zhigilei教授研究團隊發現加入0.075 wt%的機械剝離石墨烯可以使碳纖維的拉升強度和楊氏模量分別提高225 %和184 %。
展開 什么是碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK）？
碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK），指碳纖維以粉末、顆粒、連續纖維（長纖維）或者織物形式增強聚醚醚酮樹脂基的復合材料。其中碳纖維以織物形式存在的簡稱為CFF/PEEK。復合材料中，樹脂基體賦予了優良的力學性能、熱性能、耐化學腐蝕性和易加工性能；增強纖維則主要決定了復合材料的機械性能。
目前江蘇君華生產的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內知名醫療器械單位用于醫療加工髓內釘器械的瞄準架。目前驗證下來發現，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩性定，100次消毒后依然可以精準定位。
展開 連續CF/PEEK碳纖維熱塑性復合材料
根據現今市場的需求，與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性復合材料具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無限預浸料存儲期、成型周期短、生產效率高、易修復、廢品可回收再利用等眾多優點。熱固性復合材料往往存在成型周期長、沖擊韌性差、預浸料存放時間短、不能重復使用、局部損傷難于修復等一系列缺點，所以，人們在逐漸認識到熱塑性復合材料的獨特優點后，熱塑性聚合物復合材料備受國內外研究人員的關注，尤其是金字塔頂端的航空、航天用高性能熱塑性樹脂基復合材料，如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亞胺（PEI）、聚苯硫醚（PPS）等。
1、良好的斷裂延伸率和斷裂韌性
PEEK作為高性能熱塑性聚合物的代表，其斷裂韌性可達2.0 KJ/m，是環氧樹脂的20倍。
2、優異的抗分層能力和抗疲勞性
PEEK有著較好的耐沖擊性，它是耐熱樹脂中耐沖擊性較好的一種。同時PEEK的剛性大，尺寸穩定性好，線脹系數較小，具有優異的長期抗蠕變和抗疲勞特性。
3、優異的抗化學腐蝕性
PEEK的抗化學腐蝕性極優，對酸、堿及幾乎所有的有機溶劑都有很強的抗腐蝕能力，只在高溫時被鹵素和強酸腐蝕，在常溫下只溶于濃硫酸。
4、優異耐濕熱性能
PEEK吸濕率低，耐濕熱性能好，高溫高濕下仍能保持良好的力學性能，此外耐水解性突出，低吸濕性和滲透性，耐蒸汽、水和海水。
5、優異的滑動磨損和微動磨損
PEEK能在 250 ℃下保持高耐磨性和低摩擦因數。
6、生物相容性
有研究表明，以短碳纖維增強PEEK作為假體材料植入動物體內，其細胞毒性小，符合醫學植入材料的細胞毒性指標，有良好的血液相容性和組織相容性。
7、透X光
PEEK具有良好的透射性能，不產生如金屬植入體在X射線、CT檢查下形成的偽影，便于患者在醫療等方面的檢查等。
展開 連續碳纖維CF/PEEK熱塑性復合材料性能
1、良好的斷裂延伸率和斷裂韌性
PEEK作為高性能熱塑性聚合物的代表，其斷裂韌性可達2.0 KJ/m，是環氧樹脂的20倍。
2、優異的抗分層能力和抗疲勞性
PEEK有著較好的耐沖擊性，它是耐熱樹脂中耐沖擊性最好的一種。同時PEEK的剛性大，尺寸穩定性好，線脹系數較小，具有優異的長期抗蠕變和抗疲勞特性。
3、優異的抗化學腐蝕性
PEEK的抗化學腐蝕性極優，對酸、堿及幾乎所有的有機溶劑都有很強的抗腐蝕能力，只在高溫時被鹵素和強酸腐蝕，在常溫下只溶于濃硫酸。
4、優異耐濕熱性能
PEEK吸濕率低，耐濕熱性能好，高溫高濕下仍能保持良好的力學性能，此外耐水解性突出，低吸濕性和滲透性，耐蒸汽、水和海水。
5、優異的滑動磨損和微動磨損
PEEK能在 250 ℃下保持高耐磨性和低摩擦因數。
6、生物相容性
有研究表明，以短碳纖維增強PEEK作為假體材料植入動物體內，其細胞毒性小，符合醫學植入材料的細胞毒性指標，有良好的血液相容性和組織相容性。
7、透X光
PEEK具有良好的透射性能，不產生如金屬植入體在X射線、CT檢查下形成的偽影，便于患者在醫療等方面的檢查等。
展開 美國陸軍表征連續3D打印碳纖維增強熱塑性復合材料零件
美國密歇根州陸軍坦克、汽車研究開發和工程中心（TARDEC）的三位研究人員最近發表了一項名為“通過熔融長絲制造連續纖維增強復合材料表征”的研究，該研究用于連續碳在Mark Two 3D打印機上打印纖維增強熱塑性復合材料部件。
研究人員表示：“目前的工作重點是通過連續長絲制造（CFF）連續纖維增強樣品的拉伸性能。在有和沒有連續碳纖維增強的情況下，在多個方向上測試樣品。當將0碳纖維增強試樣與沒有連續增強的試樣進行比較時，平均屈服強度，拉伸強度和彈性模量分別增加20倍，15倍和240倍。當將具有90取向連續增強的試樣的結果與0試樣進行比較時，屈服強度下降60％，拉伸強度下降62％，彈性模量下降52％。這些結果表明，當垂直于纖維取向施加載荷時，機械性能明顯降低。通過垂直豎立在印刷床上的印刷樣品測試相鄰層之間的粘合性。這些樣本的所有樣本的強度最低。作者建議按照ASTM D3039-17使用帶有粘接片的矩形樣品進行測試，以減少樣本遇到的纖維排列問題。“
由于大多數3D打印部件是自下而上構建的，因此平面外材料特性比平面內部特性要弱。當連續纖維發生面內印刷時，完成的部件可以具有增加的剛度和面內強度，但是研究人員并不清楚連續纖維增強件如何影響制造部件的機械各向異性。
“為了讓設計工程師在結構應用中使用連續纖維增強AM部件，他們將需要這些材料的三維機械性能，”研究人員解釋說。
展開 金發碳纖維公司熱塑性復合材料汽車輕量化產品實現量產
這標志著金發碳纖維公司的最新產品，連續纖維增強熱塑性復合材料，在汽車輕量化領域首次實現了量產應用。
廣州金發碳纖維新材料發展有限公司作為金發科技的全資子公司自2012年創立起，一直致力于高性能復合材料領域的技術產品研發和市場開拓。依托金發科技在高分子領域的雄厚技術實力，金發碳纖維公司開發了系列化的復合材料創新產品，以連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料“KingStrongTM”UD帶材、“KingPlyTM”有機板（Organosheet）為代表的產品，在交通運輸以及汽車輕量化結構材料領域具有廣闊的應用前景。此次長安福特C519的門系統供應商德國博澤公司創新地采用了有機板復合材料結合LFT的混合材料方案替代傳統鋼材或單一長纖維PP的方案，配套新型混合工藝成型生產線（模壓+注塑）實現了熱塑性復合材料門基板的制造生產。與鋼材及長纖維PP門系統相比，熱塑性復合材料門系統可以有效減重5kg/car或2kg/car。由于連續纖維材料的引入，新的門基板設計方案重量更輕，強度更高，效率更高，可集成更多的功能和模塊，節省了多個子部件的生產安裝以及多道焊接工藝，進一步降低了門系統總成的重量成本和裝配工作量。此創新材料方案也得到了主機廠福特公司的高度認可。
四年以來，金發碳纖維公司在C519門基板項目上持續投入巨大的研發資源，組建了以多個海歸博士為核心的研發團隊，先后突破了超薄UD帶材穩定制備、CrossPly全自動生產設備設計開發、在線全過程質量監測、多層有機板復合材料結構設計和制造工藝的計算模擬、有機板零部件缺陷預測等多項關鍵技術，為項目的成功和公司未來產品開發及市場拓展打下了堅實的基礎。
碳纖維布https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2705
展開 
金發碳纖維公司熱塑性復合材料汽車輕量化產品實現量產
這標志著金發碳纖維公司的最新產品，連續纖維增強熱塑性復合材料，在汽車輕量化領域首次實現了量產應用。
廣州金發碳纖維新材料發展有限公司作為金發科技的全資子公司自2012年創立起，一直致力于高性能復合材料領域的技術產品研發和市場開拓。依托金發科技在高分子領域的雄厚技術實力，金發碳纖維公司開發了系列化的復合材料創新產品，以連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料“KingStrongTM”UD帶材、“KingPlyTM”有機板（Organosheet）為代表的產品，在交通運輸以及汽車輕量化結構材料領域具有廣闊的應用前景。此次長安福特C519的門系統供應商德國博澤公司創新地采用了有機板復合材料結合LFT的混合材料方案替代傳統鋼材或單一長纖維PP的方案，配套新型混合工藝成型生產線（模壓+注塑）實現了熱塑性復合材料門基板的制造生產。與鋼材及長纖維PP門系統相比，熱塑性復合材料門系統可以有效減重5kg/car或2kg/car。由于連續纖維材料的引入，新的門基板設計方案重量更輕，強度更高，效率更高，可集成更多的功能和模塊，節省了多個子部件的生產安裝以及多道焊接工藝，進一步降低了門系統總成的重量成本和裝配工作量。此創新材料方案也得到了主機廠福特公司的高度認可。
四年以來，金發碳纖維公司在C519門基板項目上持續投入巨大的研發資源，組建了以多個海歸博士為核心的研發團隊，先后突破了超薄UD帶材穩定制備、CrossPly全自動生產設備設計開發、在線全過程質量監測、多層有機板復合材料結構設計和制造工藝的計算模擬、有機板零部件缺陷預測等多項關鍵技術，為項目的成功和公司未來產品開發及市場拓展打下了堅實的基礎。
展開 全面解讀碳纖維復合材料感應熱固化技術
這兩天有一篇新聞受到大家關注，大眾旗下斯堪尼亞基金投資碳纖維公司Corebon。這被市場認為大眾公司開始向碳纖維復合材料輕量化進軍。雖然投資額僅僅380多萬美元，但這一投資的背后意圖被大大放大了。
在新聞稿中介紹，Corebon公司總部位于瑞典南部，其研發出一種開創性方法，以生產碳纖維增強型塑料部件，該類塑料部件適用于汽車、電信、航空航天和機器人等行業的各種產品。
Corebon公司何德何能受到大眾旗下基金投資？它的開創新技術究竟是個什么東西？這是否預示著大眾公司找到一種不為人知的碳纖維汽車輕量化路線？
今天就來解讀一下Corebon公司的技術創新。
技術背景
Corebon公司把這項創新技術命名為Corebon技術。碳纖維復合材料目前在汽車、機械、航空航天等領域應用越來越廣泛，但是碳纖維復合材料生產周期長，能量消耗大，效率低，制約了碳纖維復合材料部件的進一步擴展。
其中，目前碳纖維復合材料基體樹脂熱固化時間長、速度慢、溫度不均勻等缺點，是人們認為需要改進的一個很重要的技術點。
現在對碳纖維復合材料樹脂固化加熱方式，主要分兩種。一種是電阻加熱，這種加熱效率非常低，加熱的時候通常需要很長時間，所以設備占用時間長，生產周期長，成本自然而然會很高。
第二種加熱方式是感應加熱，主要利用交流電通過線圈產生磁場，在電磁作用下進行加熱，類似于家庭中應用的微波爐或者電磁爐。這種加熱方式優點是加熱效率高，能量損耗低，加熱快，與被加熱物體不用接觸，不會受到物體形狀的限制。
但是第二種缺點也很明顯，因為是電磁產生熱量，所以要求被加熱物體具有導電性。所以通常是加鐵粉來解決，但是很容易產生溫度不均勻的問題。限制了在大尺寸部件中的應用。
Corebon技術
Corebon公司開發了一種新型加熱裝置，來解決上述問題。
展開 abaqus碳纖維復合材料熱固化模擬-球形件模型 ￥400
abaqus碳纖維復合材料熱固化模擬，球形件模型，chile模型，內附inp，CAE，ODB模型
碳纖維/聚合物復合材料熱導率近十年研究進展
Choi 等人用鋁（Al）和碳納米管（CNT）復合粉末增強聚丙酸酯（PA）制備了較高熱導率的 Al/CNT/PA 復合材料，添加80wt%的 Al/CNT，Al/CNT/PA 復合材料的熱導率達到 1.67 W/(m·K)，比 PA 提升了 234%。
圖 1 （a-d）材料內部熱流分布：（a）純聚合物；（b）加入導熱填料的碳纖維增強聚合物（CFRP）復合材料；（c）CFs與其它填料構成三維連續導熱通路的 CFRP 復合材料；（d）CFs 同向排列的 CFRP 復合材料；（e）部分聚合物和導熱填料的熱導率[13, 19]；（f）不同類型填料 CFRP 復合材料熱導率；（g）構建三維導熱網絡 CFRP 復合材料熱導率與比未構建連續導熱通路的 CFRP 復合材料熱導率增長率；（h）CFs 同向排列的 CFRP 復合材料熱導率與比 CFs 隨機分散的 CFRP復合材料熱導率提升率
圖 1（a）、（b）、（c）和（d）分別描述了純聚合物、加入導熱填料、構建三維網絡通道和 CFs 同向排列等情況下 CFRP 復合材料內部的熱流分布。由圖可知，三種方案均可以不同程度的提高聚合物的熱導率，其中構建三維連續導熱通路和 CFs 同向排列結構的效果更為顯著。
圖 1（e）列舉了一些聚合物和常見導熱填料在室溫下的熱導率，大部分聚合物的熱導率都在 0.1~0.5 W/(m·K)之間，遠低于碳纖維、碳基材料、金屬和陶瓷等的熱導率，研究已經證實，采用高導熱材料作為填料可以增強 CFRP 的熱導率。此外，加入導熱填料的含量和分布會影響導熱路徑的分布，進而影響復合材料的熱導率。當添加量較低時，復合材料的熱導率一般隨導熱填料添加量線性增加，但是熱導率存在閾值，添加量進一步增加時，熱導率不再增加或會降低。
展開 