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碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在國內(nèi)的發(fā)展為何比較遲緩?

時間:2020-05-17 09:57 閱讀:1494 來源:互聯(lián)網(wǎng)

從上世紀(jì)末開始,碳纖維成為先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用的關(guān)鍵詞之一,隨著國內(nèi)碳纖維原材料生產(chǎn)技術(shù)逐步?jīng)_破國際技術(shù)封鎖,先后實現(xiàn)了T300、T700等型號的碳纖維原絲批量生產(chǎn)能力,隨之得到快速發(fā)展的是熱固性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用,特別是以環(huán)氧樹脂基為主的碳纖維復(fù)合材料。相對而言,熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用則非常有限。碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在國內(nèi)的發(fā)展為什么會比較遲緩呢?有以下幾個方面的原因。

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首先,需求市場對熱塑性碳纖維復(fù)合材料的認(rèn)識不夠全面,熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢沒有得到充分重視,從而影響到市場需求量的正常增長。一般認(rèn)為,熱塑性聚合物在使用溫度、力學(xué)性能、耐蠕變和老化性能等方面不及熱固性聚合物。

事實上,熱固性碳纖維復(fù)合材料也并非沒有缺點(diǎn),其存在著成型周期長、沖擊韌性差、預(yù)浸料存放時間短、不能重復(fù)使用、局部損傷難于修復(fù)等一系列弱點(diǎn)。與熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料相比,熱塑性碳纖維復(fù)合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無限預(yù)浸料存儲期、成型周期短、生產(chǎn)效率高、易修復(fù)等顯著優(yōu)勢。

熱塑性碳纖維復(fù)合材料的利用價值沒有得到充分認(rèn)識和開發(fā),直接影響到了市場需求量的產(chǎn)生,極為有限的需求量都存在于航天航空等高端小范圍之內(nèi),從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

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其次,熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)技術(shù)要求高,在一定程度上限制了一些技術(shù)水平和生產(chǎn)能力不夠的企業(yè)進(jìn)入。

大多數(shù)熱塑性樹脂在熔融溫度下黏度較高,無法很好地浸漬纖維織物,因此,熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料的制備本身就存在很大的難度,不能解決熱塑性樹脂高黏度下的浸潤問題,遑論其它。較為常用的熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸工藝是熔融法,其基本工序包括纖維引絲、展絲、預(yù)熱、浸漬、冷卻、收卷等。

采用熔融法制備熱塑性碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料時也必須解決樹脂黏度大、浸漬時間短所造成的中空干斑、纖維需要得到良好且無損分散等問題。

再者,原材料成本高,導(dǎo)致下游應(yīng)用需求遭到扼制。碳纖維原絲價格不菲,高端的熱塑性樹脂價格也是普通的環(huán)氧樹脂的數(shù)十倍,再加上制作技術(shù)要求高,種種因素的疊加,導(dǎo)致了熱塑性碳纖維復(fù)合材料,特別是使用PEEK、PI這些高端的熱塑性樹脂為基體的碳纖維復(fù)合材料制品價格令人望而生畏。

另一方面,國內(nèi)使用的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要還是依靠進(jìn)口,國外的高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料供應(yīng)則被壟斷,這些公司具有供應(yīng)各個系列的玻璃纖維/碳纖維增強(qiáng)PEI、PPS和PEEK熱塑性預(yù)浸料的能力,被壟斷后的預(yù)浸料價格自然是居高不下。

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最后,國內(nèi)有關(guān)熱塑性碳纖維復(fù)合材料方面的科研成果轉(zhuǎn)化之路并不順利,國內(nèi)對熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的制備和研究有一定的基礎(chǔ),但與發(fā)達(dá)國家相比,仍存在很大的差距,加上后續(xù)工作的連續(xù)性不強(qiáng),導(dǎo)致目前我國仍缺乏材料制備和結(jié)構(gòu)成型相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備。

但是,技術(shù)比較成熟的還是以玻璃纖維增強(qiáng)工程熱塑性樹脂預(yù)浸料產(chǎn)品為主,少數(shù)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料產(chǎn)品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質(zhì)量偏低、品種單一等問題,從科研成果向規(guī)模化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化還有相當(dāng)大的距離。

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不過,隨著航空制造、汽車、電子電器、高端醫(yī)療設(shè)備、智能化機(jī)械等行業(yè)的快速發(fā)展,我國對碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的市場需求逐步顯示出巨大的發(fā)展空間,我們也欣喜地看到民營企業(yè)率先走出了以研發(fā)引導(dǎo)市場的第一步,“我們自主研發(fā)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造設(shè)備可以批量化供應(yīng)碳纖維增強(qiáng)PEEK、PI、PPS等一系列高性能熱塑性碳纖維復(fù)合材料制品,以一款骨外科醫(yī)療用的碳纖維PEEK零部件產(chǎn)品為例,我們能比同類進(jìn)口產(chǎn)品價格低30%以上”,正如產(chǎn)品研發(fā)組長所說,當(dāng)技術(shù)質(zhì)量達(dá)到了要求,當(dāng)價格成本降到了市場能接受的范圍,當(dāng)科研成果很好地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,國內(nèi)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料發(fā)展將實現(xiàn)新的飛躍。


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