熱塑性復合材料成型的案例
高性能熱塑性復合材料在航空發動機短艙上的應用
圖1 空客A350熱塑性復合材料機身卡箍
圖2 空客H–160直升機熱塑性復合材料槳轂中央件
在航空發動機領域，熱塑性復合材料雖無法滿足渦輪盤等熱端部件的使用要求，但在發動機冷端部件及短艙結構上具有廣闊的應用空間。目前，國外廠商已經在吊掛、進氣道降噪聲襯等部位使用大量熱塑性復合材料，并有 GKN 航空福克公司的專家認為在風扇罩上可以借鑒飛機經驗應用熱塑性復合材料，如圖 3 所示。
圖3 熱塑性復合材料在航空發動機短艙上的應用
1. 高性能熱塑性復合材料及其成型工藝
目前航空結構中使用的復合材料絕大多數采用環氧、雙馬、聚酰亞胺等熱固性樹脂作為基體。與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性樹脂基復合材料具有下列優勢：
（1）經合理優化凝聚態結構的熱塑性基體具有較高的基體韌性，熱塑性樹脂基復合材料耐疲勞性能好，沖擊損傷阻抗和損傷容限都比熱固性樹脂基復合材料高。
（2）孔隙率低，吸濕率低，耐環境性能好。
（3）成型過程為熔融 – 固結的物理過程，沒有固化反應，因此可重復成型和焊接成型，成型周期短、效率高、可修補。
（4）熱塑性預浸料可以室溫儲存，且有近乎無限的儲存期。
經過多年的技術積累，國外已逐步建立起熱塑性復合材料完整的技術體系，主要供應商包括荷蘭的TenCate、美國的 Cytec 等公司，近年來，德國 Evonik 公司以及日本 Teijin 公司也陸續開發了熱塑性復合材料體系。
展開 熱塑性復合材料首次用于戰斗機
日前，GKN Aerospace公司向貝爾直升機公司（Bell Helicopter）的V-280 Valor傾轉旋翼戰斗機交付了一對采用熱塑性復合材料制造，經感應焊接而成的蝶形尾翼（V型尾翼）方向升降舵（Ruddervators），以及兩個由回收熱塑性復合材料經模壓成型工藝制造的蓋板。
GKN Aerospace公司已為貝爾V-280 Valor機型設計并制造了全熱固性復合材料的蝶形尾翼。最新開發的熱塑性復合材料方向升降舵（用來對蝶形尾翼的翼面進行控制）和蓋板部件是為計劃于今年進行的飛行測試專門生產的示范件。GKN表示，V-280將成為全球首架應用熱塑性復合材料的軍用飛機。
“我們非常榮幸能在全球率先將熱塑性復合材料的前沿技術應用到最先進的V-280 Valor戰斗機的飛行測試中，”GKN Aerospace公司首席執行官John Pritchard表示。
玻璃纖維格柵https://www.hongyantu.com/goodlist/zq/16012.html
兩件模壓蓋板部件的原材料，由生產方向升降舵所產生的廢料經回收處理獲得，相關技術由荷蘭Saxion大學的熱塑性預浸料模壓循環研究項目組開發。GKN為該項目的參與單位之一。
據報道，熱塑性復合材料技術在軍機平臺上的使用將為其在國防軍工領域的應用創造更多的機會，同時，這也預示著，熱塑性復合材料將在重量、成本、生產周期和環境影響方面展現更大的優勢。
除了示范項目之外，GKN的全球設計團隊表示其還將協助貝爾公司對蝶形尾翼進行進一步的設計優化。
展開 熱塑性復合材料首次用于戰斗機
日前，GKN Aerospace公司向貝爾直升機公司（Bell Helicopter）的V-280 Valor傾轉旋翼戰斗機交付了一對采用熱塑性復合材料制造，經感應焊接而成的蝶形尾翼（V型尾翼）方向升降舵（Ruddervators），以及兩個由回收熱塑性復合材料經模壓成型工藝制造的蓋板。
GKN Aerospace公司已為貝爾V-280 Valor機型設計并制造了全熱固性復合材料的蝶形尾翼。最新開發的熱塑性復合材料方向升降舵（用來對蝶形尾翼的翼面進行控制）和蓋板部件是為計劃于今年進行的飛行測試專門生產的示范件。GKN表示，V-280將成為全球首架應用熱塑性復合材料的軍用飛機。
“我們非常榮幸能在全球率先將熱塑性復合材料的前沿技術應用到最先進的V-280 Valor戰斗機的飛行測試中，”GKN Aerospace公司首席執行官John Pritchard表示。
玻璃纖維展會https://www.hongyantu.com/goodlist/zq/16020.html
兩件模壓蓋板部件的原材料，由生產方向升降舵所產生的廢料經回收處理獲得，相關技術由荷蘭Saxion大學的熱塑性預浸料模壓循環研究項目組開發。GKN為該項目的參與單位之一。
據報道，熱塑性復合材料技術在軍機平臺上的使用將為其在國防軍工領域的應用創造更多的機會，同時，這也預示著，熱塑性復合材料將在重量、成本、生產周期和環境影響方面展現更大的優勢。
除了示范項目之外，GKN的全球設計團隊表示其還將協助貝爾公司對蝶形尾翼進行進一步的設計優化。
展開 熱塑性復合材料成型工藝
為解決浸漬問題，熱塑性復合材料通常采用預浸漬的方式，將樹脂與纖維混合，制備成粒料，片材等半成品材料。再根據不同的工藝要求成型。
熱塑性復合材料原料及工藝過程
FRTP的原材料種類與纖維長度形態關系
FRTP粒料的制備方法
?增強粒料的制造要求：
① 玻璃纖維能均勻地分散于樹脂之中。
② 玻璃纖維與樹脂應盡可能包覆或粘結牢固。
③ 制造過程中應盡可能減少對玻璃纖維的機械損傷，盡可能減少對樹脂分子的降解。
?熱塑性增強塑料粒料的分類：
短纖維型（分散型增強粒料）：指玻璃纖維和高分子樹脂通過混煉，在此過程中玻璃纖維被折斷，以長度為O.25～O.5 mm的短玻璃纖維形式，均勻地分散于樹脂中，適宜于柱塞式注射成型機用(當然也可以用于螺桿式注射成型機)。
? 短纖維型增強粒料是為解決高熔融粘度樹脂的長纖維型粒料因纖維在樹脂中分散不好易引起制品性能和外觀不
理想而產生。
? 短纖維型粒料具有較好的成型加工性和表面平滑性，用柱塞式和螺桿式注射成型機均可成型。但纖維在造粒時磨損嚴重、長度短，制品強度不高；由于短纖維型粒料的加工流動性較好，適合于制造壁薄和形狀復雜的制品
短纖維增強熱塑性塑料粒料的制造方法
(1)短切纖維原絲單螺桿擠出法
工藝：將短切GF原絲與樹脂按設計比例加入到單螺桿擠出機中混合、塑化、擠出條料、冷卻后切粒。對于粒料樹脂，要重復2～3次才能均勻。對于粉末狀樹脂，則可一次性擠出造粒。
優點：纖維和樹脂混合均勻，能適應柱塞式注射機生產；
缺點：GF受損傷較嚴重，生產速度較低，勞動條件差，粉末樹脂和GF易飛揚。
纖維在造粒時磨損嚴重，長度短，制品強度不高；加工流動性好，適合于制造薄壁和形狀復雜的制品。
展開 
連續纖維增強熱塑性復合材料工藝及應用
來源：SAMPE
作者：姚志佳
一、概述
連續纖維增強熱塑性復合材料由于其輕質、高剛度、高韌性等特性，在汽車工業，航空航天，軍工，電子等諸多領域已經廣泛的應用。連續纖維增強熱塑性復合材料（CFRTP）是以連續纖維作為增強材料，以熱塑性樹脂為基體，通過將熱塑性樹脂熔融浸漬的工藝制造的高強度、高剛性、高韌性的復合材料。可選用的增強材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、植物纖維、以及玄武巖纖維。可以選用的樹脂基體有PP、PE、PA6、PA66、PC、PET、TPU、PPS、PEEK等。根據產品性能及成型要求的不同，增強材料的形態可以是單向的，也可以是織物。
盡管短纖維和長纖維熱塑性復合材料占整個熱塑性復合材料市場的主導地位。但由于連續纖維獨特的特點，近年來國際上連續纖維增強熱塑性復合材料市場仍然保持著快速增長，國外行業巨頭也正將連續纖維增強的熱塑性復合材料及相關企業作為重點開發方向和并購的首選標的。其中朗盛收購了德國Bond-Laminates、三菱收購QPC、東麗公司收購荷蘭的Tencate；而韓華、巴斯夫、科思創、英力士等化工巨頭也都推出了相應的連續纖維增強熱塑性復合材料。
目前，掌握連續纖維增強熱塑性復合材料技術的企業主要集中在德國、荷蘭、英國、美國等少數歐美國家。我國有部分企業掌握了一部分連續纖維增強熱塑性復合材料的技術，但是在連續纖維增強特種工程塑料復合材料方面，我國與國外依舊存在非常大的差距。
展開 第三屆熱塑性復合材料國際研討會-江蘇君華特塑攜連續CF/PEEK熱塑性復合材料參加
第三屆熱塑性復合材料國際研討會
江蘇君華特塑攜連續CF/PEEK熱塑性復合材料參加
2021年11月25上午，第三屆熱塑性復合材料國際研討會在上海拉開帷幕，以“高性能熱塑性復合材料助力中國大飛機輕盈翱翔”為會議主題。來自國內外行業企事業單位、大學及科研院所的代表200余人參加會議，其中171位代表來到與會現場。
研討會由中國商飛、中航復合材料有限責任公司、四川大學、北京航空航天大學、中航工業五家單位共同主辦，由國際先進材料與制造工程學會（SAMPE）北京分會承辦。
01、CFRTP研討會
▲ 開幕式主持人：肖輝江主任，中國商飛
中國商飛肖會江主任發表開幕式祝詞。肖主任表示，熱塑性復合材料已成功應用于A380、A350等飛機的機翼前緣、機身連接角片等結構，近年來逐漸向主承力、大部件等結構驗證快速發展，熱塑性復合材料、設計和工藝技術的突破也日新月異，應用前景廣闊。
▲ 楊洋研究員，中國商飛，熱塑性復合材料制造工藝及應用
肖主任指出：“熱塑性復合材料是一個涉及到專用樹脂、專用纖維、專用裝備、預浸料制備、復材成型、制件連接、結構設計、壽命預測以及部件回收的一個巨大產業網絡，任何的單點突破都不足以推動整個產業鏈的前進。因此，只有產業鏈上下游單位攜手，共同努力，產學研共同融合，才能實現我國高性能熱塑性復合材料的整體發展，助力中國大飛機輕盈翱翔。”
中國商飛劉傳軍博士、中國科學院大連化學物理研究所周光遠博士、GKN航空FOKKER航空結構公司民用航空機身全球研發主任安特·奧弗瑞葛博士做特邀報告。
展開 看波音公司如何通過光固化的技術來制造復合材料產品？
在使用簡單的措施將未處理的纖維與熔融熱塑性樹脂共混時，難以使纖維與樹脂充分浸潤，這導致構件的纖維-樹脂界面較差。
- 大絲束纖維呈展平帶狀，現有3D打印方法難以使用大絲束纖維，且小絲束纖維在成型過程中成型速度慢，成型后的表面質量、纖維樹脂體積分數、纖維樹脂分布情況、層間結合力等性能指標難以控制。
- 現有的方法在打印過程中，由于纖維的局部分叉、斷裂，容易造成纖維在腔體中堆積、堵塞，對成型過程造成影響，同時，成型軌跡中纖維呈松散、無規律的分布狀態，使得構件的承載性能受到影響。
根據3D科學谷的市場研究，在國內，南京航空航天大學針對現有的熱塑性樹脂基復合材料3D打印成形時所使用的連接纖維尺寸較小，且不能對連接纖維實現有效浸漬而造成成型速度低、構件尺寸受限較大、成型件綜合性能低的問題，發明了連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的3D打印方法。適用于尺寸較大的纖維絲束，該打印技術成型速度快，表面質量提高，同時纖維與熱塑性基體間的界面結合性能好，構件纖維含量高，纖維密實度高，并且提高了打印構件的力學。
南京航空航天大學還研發出連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料旋轉共混3D打印頭，其特征在于: 擠出頭連接于熔融腔也可繞中軸旋轉，且旋轉方向與熔融腔相反；熔融腔與擠出頭內側均有攪拌齒環，纖維束和熔融熱塑性樹脂受到兩級反向旋轉的螺旋齒環攪拌作用下均勻共混，且共混體以螺旋狀密實纏緊成圓柱絲束，樹脂沿纖維取向均勻分布；擠出頭擠出材料至成型區域并固化成纖維增強樹脂基復合材料。
展開 波音公司如何通過光固化3D打印技術來制造復合材料產品
南京航空航天大學還研發出連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料旋轉共混3D打印頭，其特征在于: 擠出頭連接于熔融腔也可繞中軸旋轉，且旋轉方向與熔融腔相反；熔融腔與擠出頭內側均有攪拌齒環，纖維束和熔融熱塑性樹脂受到兩級反向旋轉的螺旋齒環攪拌作用下均勻共混，且共混體以螺旋狀密實纏緊成圓柱絲束，樹脂沿纖維取向均勻分布；擠出頭擠出材料至成型區域并固化成纖維增強樹脂基復合材料。
南京航空航天大學的技術對當前熱塑性復合材料成型技術是一種突破，南京航空航天大學采用兩級旋轉腔體對纖維和樹脂的共混體進行攪拌和纏繞，適用于較大尺寸的纖維絲束，優化了打印頭對纖維原有狀態的適應性，在相同的打印速度下，提高了打印效率，改善了構件的表面質量；攪拌共混的作用下，纖維與樹脂間的浸潤充分，共混體中的纖維呈緊密螺旋纏繞狀，提高了增強體的承載能力，樹脂在纖維中各處分布均勻，改善了構件的層間和界面結合性能，提高了打印構件的力學性能；擠出頭的旋轉作用可使共混體在擠出后，纖維與樹脂的分布均勻，纖維體積含量高。
當前針對連續纖維增強的熱塑性復合材料成型FDM打印技術領域，活躍的企業和研究機構包括美國Mark Forged，日本大學、東京工業大學，西安交通大學等。3D打印隨著南京航空航天大學將這一技術水平推向新的高度，3D科學谷認為FDM技術用于連續纖維增強的熱塑性復合材料打印技術進一步走向工業級應用。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/46027.html
南京航空航天大學的突破性在于實現了較高力學性能連續纖維增強熱塑性基體復合材料構件的3D打印，且成型效率高，表面質量好，可適用于對性能要求較高的航空航天復雜構件的成型過程。
展開 IACMI復合材料研究所宣布啟動熱塑性復合材料研究項目
關于IACMI-復合材料研究所：該學院為先進復合材料制造創新（IACMI），由協同復合材料解決方案公司（CCS）管理，是產業界，大學，國家實驗室，以及聯邦，州和地方政府一起工作的伙伴關系通過共享現有資源和聯合投資，加快發展，先進復合材料的商用部署有利于國家的能源安全和經濟安全。CCS是建立一個不以營利為目的的組織田納西州研究基金會的大學。研究所由支持$ 70萬的承諾能源部先進制造業辦公室美國能源部和超過$ 180萬來自IACMI的合作伙伴承諾。
關于杜邦高性能材料： 杜邦高性能材料（DPM）是熱塑性塑料，合成橡膠，可再生資源的聚合物，高性能的部件和形狀，以及充當粘合劑，密封劑和改性樹脂的領先創新者。DPM支持區域的應用程序開發專家誰與客戶的整個價值鏈合作，開發汽車，包裝，建筑，消費品，電氣/電子等行業創新解決方案全球聯網絡。
關于Fibrtec Inc .:的 Fibrtec是得克薩斯州為基礎的特殊高強度，低重量，連續纖維熱塑性復合材料和碳納米管取代金屬和其他復合材料專利先進的成型材料的新興領導者。它成立：2007年在佛羅里達州，搬到得克薩斯州在2013年Fibrtec正在提高其能力和擴大其“Fibrflex? ”專利柔性熱塑性復合材料制造平臺，并以其獨特的近凈形3D瓶坯生產的復合餓了高容量的能力汽車應用。 Fibrflex?具有樹脂含量可調整的為50％-60％的典型纖維體積分數，以補充目標的應用程序。它可提供多種類型的預制棒，如無紡布，纖維纏繞，編織，層壓板和拉擠形狀。
大理石表面涂層樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=nmsz
展開 用于混凝土的可彎曲熱塑性復合材料增強材料
基于反應性液體熱塑性樹脂技術Elium，開發了新一代鋼筋和電纜（圖1），它結合了復合材料的質量和使用熱塑性基質提供的新可能性。與大多數熱塑性樹脂不同，Elium可以通過傳統拉擠成型使用專門的標準設備輕松加工（圖2）。
基于鉺的鋼筋和電纜可以重新加熱，易于成型或彎曲，從而降低了使用定制形狀供應鋼筋的成本。此外，熱塑性基質的使用為GFRP回收備件開辟了道路，具有潛在的強烈減少對環境的影響。
混凝土具有固有的高抗壓強度，但拉伸強度和脆性行為有限。鋼筋的使用提供了必要的拉伸強度而不會抑制裂縫的形成。更有效地使用混凝土是通過在施工時將其壓入高于其使用壽命期間所經受的拉伸應力的壓縮狀態。這是預應力混凝土的原理。出于這個原因，Sireg，Arkema及其合作伙伴，邁阿密大學和國家合作公路研究計劃（NCHRP）正在同時開發一種用于預應力混凝土的專利熱塑性復合材料電纜（圖3））。這項工作是在美國聯邦計劃的支持下共同資助的，由佛羅里達州交通部監督（參見NCHRPIDEA / MILDGLASS：用于彈性輕度預應力混凝土的GFRP鋼絞線。
圖3：玻璃/鉺復合電纜
通過捻合構成電纜的復合棒是通過拉擠成型用玻璃纖維增強的鉺熱塑性樹脂制成的。通過使用熱塑性樹脂Elium，可以實現將棒熱接合到螺旋電纜中的組件，以及在卷軸上的非常長的長度的包裝。同樣重要的是，在預制廠的張緊過程中用作錨的卡盤是用于鋼絞線的卡盤; 因此，無縫過渡到一種新穎的材料。
復合材料在混凝土預應力中的應用（圖4）是一項重大創新，自20世紀30年代EugèneFreyssinet發明以來，混凝土結構的耐久性發生了前所未有的變革。
圖4：混凝土預應力橋梁
這項創新被選為2019年建筑與基礎設施類JEC創新獎的最終入圍者。
展開 “風景”無限的熱塑性復合材料
鋁是一種昂貴的原材料，而且在彎曲成復雜形狀方面比鋼鐵更具挑戰性。另一方面，為了保護環境，處理用于防止腐蝕的陽極化化學品是一項重大的額外成本。其制造過程長且復雜，模具成本高。此外，增加功能的工作需要使用通過附加組裝步驟應用的附加硬件。
每一輛乘用車的制造和型號都使用略微不同的形狀和長度的軌道，因此天窗制造商必須在給定的天窗模塊的生產運行期間生產和儲存大量的庫存。
新的軌道概念
基于其他成功的天窗框架從鋁到復合材料在更小尺寸的移動玻璃天窗系統上的轉換，Webasto的團隊決定進行一項研究，看看在卷簾天窗系統上是否還有更大的側軌可能轉換為復合材料。（前后橫梁已在這種系統上轉換為復合材料——通常是玻璃纖維增強聚丙烯GR-PP。）目標是增加功能，減少制造步驟和零件數量，降低成本和零件重量，且仍符合OEM的性能要求。
研究小組首先研究了導軌的功能和運行條件，并確定了導軌最關鍵的特性，即導軌能夠促進電動遮陽傘的平穩運動，使前后、左右方向的運動方向一致。要做到這一點，軌道需要精確的幾何形狀和沿其整個長度的恒定截面，其長度可以大于一米。此外，軌道必須有足夠的結構以提供與其他天窗/組件的安全連接，包括前后天窗橫梁和天窗結構本身、電機機構、天窗玻璃和頂蓋。為了滿足OEM的要求，機動遮陽傘必須在低滑移噪聲水平下工作，以減少機艙內部的噪音/振動/刺耳的聲音（NVH）。
首先拋棄了熱固性基體和熱塑性塑料。與熱塑性復合材料相比，熱固性復合材料的密度較高，成型周期較慢，需要更多的模具后整理。其還可能產生霧化和揮發性有機化合物（VOC）排放。
展開 
用于熱塑性成型工藝的真空袋裝材料 最高耐熱可達427°C
Airtech 先進材料集團推出用于熱塑性成型工藝的超高溫真空袋裝材料，最高溫度可達427°C。
它是一種高性能離型膜，兩面處理，固化溫度高達405°C。熱酰亞胺RCBS是在熱塑性材料和其他高溫應用的成型過程中使用的離型膜。
優點：
耐高溫薄膜可在高溫下安全使用
優異的固化部件釋放，因此薄膜可以輕松快速地脫落
在簡單的輪廓形狀上施加壓力的靈活性。
它是新一代密封帶，適用于高達427°C的高溫應用。當應用于熱酰亞胺時，它可以快速建立粘性。對高溫裝袋膜具有良好的室溫粘附性，減少了真空袋高溫部件所需的時間。
優點：
最容易使用高溫膠帶
與聚酰亞胺薄膜粘合良好
與傳統產品相比，改善了高溫性能
Airweave UHT 300PGL和Airweave UHT 450PGL
它們是優質的非織造混紡玻璃纖維呼吸器，適用于超高溫應用。使用這些呼吸器代替編織玻璃纖維呼吸器更安全。它們使真空袋和任何半徑更容易過渡。一層可為427°C提供良好的呼吸。Airweave UHT 300PGL和Airweave UHT 450PGL設計用于高溫熱固性和熱塑性樹脂系統。
優點：
無紡布呼吸器結構優于編織玻璃纖維
超高溫呼吸器，適用于熱塑性塑料等應用
在非常高的溫度下保持真空水平
玻纖https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2887
展開 焊接技術用于熱塑性復合材料
AGC公司發明了一種低成本熱塑性復合材料的焊接技術。該技術所用設備和材料比較低廉，而且焊接結構強度高，剛度好，抗疲勞性能好。
AGC是一家為航空航天和國防提供飛機結構構件、組件及裝配的供應商。最近，AGC公司成功地發明了一種應用于熱塑性復合材料的低成本焊接技術。
國家航空航天技術開發項目，英國皇家復合材料研究中心，TenCate先進復合材料以及勞斯萊斯公司共同資助了‘CoFusion’項目。該項目證實，碳/聚苯硫醚(PPS)復合加熱成形組件運用電阻焊原理可以被可靠地焊接，形成復雜的組裝結構，而不需要填充金屬網格或嵌入物。
據報道，試樣測試表明焊接組件具有一致的高強度和抗疲勞性能。使用的設備和材料都比較低廉，另外，加熱到焊接溫度僅僅需要三分鐘。該技術不僅僅可以用在平面組件上，也可以用于平面板與曲率大組件焊接。AGC公司強調，所有的焊縫都是高質量的，沒有空隙的，并且達到了超聲波無損檢測技術（NDT）規范。
在項目期間，公司運用新焊接技術生產出的三明治板結構跟同樣的鉚接板結構通過抗扭強度以及抗疲勞性能測試比較兩者性能。在測試中，焊接組件有更高的剛度，強度更是5倍的鉚接組件。而且，焊接構件的疲勞性能也很優越，在350000次循環周期內沒有異常，而鉚接部分在50000次循環周期內就出現了損傷。
環氧樹脂固化劑廠家https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=hysz
展開 江蘇君華特塑CF/PEEK熱塑性復合材料榮獲材料類SAMPE中國創新入圍獎
基于君華特塑多年來在聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亞胺（PI）樹脂、型材及制品的應用開發經驗，未來在高性能熱塑性CF/PEEK復合材料板材產品的結構、外觀、工藝及選材設計方面會加速發展，并且通過向市場及潛在客戶宣傳CF/PEEK熱塑性復合材料相比于傳統熱固性復合材料以及合金的特性優點來拓寬應用市場，占據更多的市場份額，同時需要調研鋪絲鋪帶、連續纖維纏繞成型及預浸料連續成型等工藝設備，建立更加完善的復合材料品質檢測控制手段。以創新為內在驅動CF/PEEK高性能熱塑性復合材料產業及應用進程！
展開 熱塑性聚氨酯復合材料阻燃性能及機理研究
PART.02
試驗設備
國高材分析測試中心配備的塑料阻燃機理研究檢測設備：
水平垂直燃燒試驗儀
氧指數測定儀
錐形量熱儀
掃描電鏡
激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
TGA-FTIR-GC-MS聯用系統
PART.03
試驗結果
3.1 TPU復合材料的阻燃性能
TPU的LOI僅為21.9%，在空氣條件中極易被點燃。當添加8.0%AHP/1.0%ZIF-8@SEP之后，樣品的LOI升高到27.5%，燃燒過程中沒有熔滴產生，通過UL-94垂直燃燒測試的V-0等級。
圖1. TPU復合材料的LOI和UL-94測試結果
在錐形量熱測試中，點燃后TPU樣品快速燃燒，200s內樣品燒盡，pHRR值達到1113 kW/m2，整個燃燒過程中釋放出約92.1 MJ/m2的熱量。添加9 wt%AHP后，pHRR值急劇下降約至200 kW/m2，降幅為76.5%，THR降低至54.2 MJ/m2。雖然AHP對TPU燃燒中的熱量釋放表現出色的控制，但是對煙霧釋放的控制并不顯著。從總煙釋放曲線SPR中看到，9 wt%AHP的使用會造成燃燒生煙量的上升，超過TPU本體燃燒產生的煙霧總量。添加8 wt%AHP/1 wt%ZIF-8@SEP的樣品的煙霧釋放被顯著控制。
圖2. TPU復合材料的錐形量熱結果
3.2 阻燃機理分析以及假設
從殘炭的照片可以發現，TPU燃燒后基本沒有殘留物，添加9 wt%AHP 的樣品產生一個高度1.8cm的炭層， TPU/8.0%AHP/1.0%ZIF-8@SEP樣品的炭層結構更加致密，高度達到3.1cm。
展開 