評價碳纖維預(yù)浸帶優(yōu)劣的10個關(guān)鍵點
碳纖維預(yù)浸帶是碳纖維復(fù)合材料的一種表現(xiàn)形式，是眾多碳纖維制品的生產(chǎn)原型。因此碳纖維預(yù)浸料本身的優(yōu)劣，決定了碳纖維制品的性能高低。目前碳纖維原絲制備以及碳纖維預(yù)浸帶生產(chǎn)的核心技術(shù)多掌握在日本和歐美企業(yè)手中，如東麗、帝人等。國內(nèi)想要生產(chǎn)出質(zhì)量過關(guān)，性能優(yōu)異的碳纖維預(yù)浸帶，得先了解什么樣的碳纖維預(yù)浸帶更好？讓我們來看看評價碳纖維預(yù)浸帶優(yōu)劣的10個關(guān)鍵點是什么？
一、從力學(xué)性能看碳纖維預(yù)浸帶的優(yōu)劣
1、樹脂和碳纖維匹配性
預(yù)浸料是將碳纖維預(yù)先浸漬在樹脂基體內(nèi)，樹脂與碳纖維的匹配性決定著碳纖維的性能能否很好地遺傳到復(fù)合材料上。一款好的預(yù)浸料，樹脂應(yīng)該可以和碳纖維有良好的結(jié)合性能。由于碳纖維在出廠時，為了防止纖維起毛，會在碳纖維表面包覆一層上漿劑。上漿劑主劑多用環(huán)氧樹脂，它能與碳纖維表面形成很強(qiáng)的化學(xué)鍵。上漿劑是碳纖維廠商的核心技術(shù)之一，其配方是對外保密的。中國對上漿劑的研究非常少，只有少數(shù)幾家科研院所有做，大部分上漿劑還依賴國外進(jìn)口。
樹脂與碳纖維的的匹配，最主要是與碳纖維表面上漿劑匹配，樹脂活性基團(tuán)可以與上漿劑形成很強(qiáng)的化學(xué)鍵，同時還可以促進(jìn)樹脂能夠很好地浸潤碳纖維。對于預(yù)浸料廠商來說，碳纖維的選擇搭配合適的樹脂配方，是其技術(shù)的核心，尤其是樹脂配方，更是其主要的核心競爭力。對于不同的碳纖維，配合不同的上漿劑，所使用的樹脂配方也應(yīng)該是不一樣的。目前常用的基體樹脂有環(huán)氧樹脂，雙馬酰亞胺樹脂，聚酰亞胺樹脂等。環(huán)氧樹脂通常使用溫度不常超過177攝氏度，雙馬約在200~250度，聚酰亞胺樹脂可達(dá)310~320度。
2、樹脂偏差
樹脂含量對復(fù)合材料制品的力學(xué)性能影響很大，樹脂含量的波動會造成力學(xué)性能分布不均勻，所以樹脂含量偏差應(yīng)盡可能低。至少控制在±3%以內(nèi)，以保證復(fù)合材料纖維體積含量和力學(xué)性能的穩(wěn)定性。
3、揮發(fā)組分
預(yù)浸料揮發(fā)組分含量影響到復(fù)合材料的孔隙含量。揮發(fā)分含量高，成型復(fù)合材料難免殘留部分小分子物質(zhì)，會造成復(fù)合材料孔隙增大，嚴(yán)重降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。揮發(fā)分含量盡可能小。一般在2%以下，以降低復(fù)合材料中的孔隙含量，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。主要承力構(gòu)件預(yù)浸料的揮發(fā)分含量要求控制在0.8%以下。
二、從生產(chǎn)工藝性看碳纖維預(yù)浸帶的優(yōu)劣
1、樹脂粘性
預(yù)浸料的粘性是指在一定溫度下自身互相粘貼的能力，同一片預(yù)浸料，溫度低可能失去粘性，溫度高又有粘性，溫度相差大約5℃，粘性就會有明顯變化，因此粘性試驗溫度一般確定為20~25℃，同時濕度定為40%~70%。粘性失去時間不長的預(yù)浸料，稍許提高溫度，粘性得以改善，只要能實現(xiàn)部件的鋪貼工藝，試驗表明對其力學(xué)性能沒有太大影響。
粘性不宜太大，以便于鋪層有誤時可以分開重新進(jìn)行鋪貼而預(yù)浸料又不至于被損壞；粘性也不能太小，以使得在工作溫度下兩塊預(yù)浸料能粘貼在一起不至于分開。遺憾的是，粘性的評價還沒有找到一個非常適宜的方法，“感覺”很重要。
2、鋪敷性
所謂鋪敷性是指預(yù)浸料鋪層時，使其適合于復(fù)雜形狀模具鋪層的能力。對于復(fù)合材料設(shè)計師來說，預(yù)浸料是具有一定力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)單元，可以通過鋪層的方式制造各種復(fù)合材料構(gòu)件。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件，要求預(yù)浸料可以完美貼合復(fù)雜曲面。就預(yù)浸料而言，鋪敷法比粘性的要求更高，失去粘性的預(yù)浸料鋪敷性肯定不合格。
3、固化溫度
對于熱固性的預(yù)浸料，通過加熱使樹脂進(jìn)行固化，一般來講，固化成型時要求預(yù)浸料有較寬的加壓帶，即在較寬的溫度范圍內(nèi)加壓，都可以得到滿意的復(fù)合材料構(gòu)件而對性能無明顯影響。這樣可以保證固化工藝有誤差時，最終制品的性能保持均一性。希望樹脂的固化溫度低、固化時間短。但一般的規(guī)律是固化溫度隨樹脂基體耐熱性能的提高而增加，固化時間隨固化溫度的提高而縮短。目前，180℃左右的固化溫度還是可以接受的。
4、樹脂流動性
一般要求預(yù)浸料樹脂有適當(dāng)?shù)牧鲃佣?。流動度表示預(yù)浸料在一定溫度和壓力下成型過程中樹脂流動或遷移的能力，它與樹脂的粘度和預(yù)浸料中樹脂含量有關(guān)系。預(yù)浸料中樹脂含量越高，粘度越小，樹脂流動度越大。層壓件的流動度可以大一些，以便于樹脂均勻分布并浸透增強(qiáng)材料；夾層結(jié)構(gòu)流動度應(yīng)比較小，以使得面板和芯材能牢固的結(jié)合在一起。樹脂熔融粘度大、流動性差，不利于對纖維的浸潤，成型復(fù)合材料的拐角處往往有貧樹脂現(xiàn)象，這些都會降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。
三、碳纖維預(yù)浸帶質(zhì)量優(yōu)劣的其他3點要求
1、質(zhì)量穩(wěn)定
預(yù)浸料是復(fù)合材料設(shè)計師用來組合的基本結(jié)構(gòu)單元，其性能的穩(wěn)定性和均一性決定著復(fù)合材料設(shè)計的精確性。一款好的預(yù)浸料應(yīng)該具備非常好的質(zhì)量穩(wěn)定性，要求每卷預(yù)浸料間或者每批次間，其性能都具有很好的均一性。這就需要制造廠商嚴(yán)格控制生產(chǎn)流程，對影響預(yù)浸料性能的生產(chǎn)工序做到精確量化。
2、貯存壽命
對于熱固性預(yù)浸料，潛伏性固化劑使樹脂在常溫下會產(chǎn)生交聯(lián)，雖然這個過程會很慢，但是會影響預(yù)浸料的粘性和性能。由于從預(yù)浸料到制造復(fù)合材料中間會有一段時間，所以預(yù)浸料應(yīng)該在這段時間保持良好的粘性。一款好的預(yù)浸料應(yīng)具有較長的貯存壽命。通常要求室溫下的粘性貯存期大于1個月，-18℃下大于12個月，以滿足復(fù)合材料鋪貼工藝和力學(xué)性能要求。
3、外觀
這是一個拼顏值的時代，一款好的產(chǎn)品，應(yīng)該具有好的賣相。好的預(yù)浸料首先一定要滿足性能要求，其次它還應(yīng)該是生產(chǎn)者心目中的藝術(shù)品，兼具工業(yè)性和美學(xué)性。預(yù)浸料布面要平整，不能有褶皺，不能有鼓泡和白點。纖維排布要平順，不能堆疊和彎曲。
以上3個大項共計10個關(guān)鍵點，是評價碳纖維預(yù)浸帶性能優(yōu)劣的重要參考，也是國內(nèi)企業(yè)在研究和生產(chǎn)碳纖維預(yù)浸帶時需要克服的難點。落后就要挨打，從近2年華為被美國打壓的事情來看，碳纖維原絲制備以及碳纖維預(yù)浸帶生產(chǎn)這樣的高端技術(shù)還是需要掌握在自己手里，才能不受制于人。
