碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料最早應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大,熱塑性碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用在汽車、醫(yī)療等多個(gè)民用領(lǐng)域得到了拓展,下文就是幾個(gè)具有代表性的案例。

碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料筆記本電腦:

     針對(duì)熱固性碳纖維復(fù)合板材的缺陷,以PMMA、ABS等熱塑性塑料為基體, 采用連續(xù)性碳纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合板應(yīng)運(yùn)而生 。

      連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合板的優(yōu)勢(shì)在于其可以熱壓成型,表面易于粘結(jié), 采用模內(nèi)鑲嵌注射成型工藝就可以方便地將內(nèi)部結(jié)構(gòu)件制作成型。碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料筆記本電腦外殼以PMMA為基體,基體強(qiáng)度高,與碳纖維融合性好,整體性都能得到了提高。

      采用碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制作而成的筆記本電腦外殼相對(duì)于傳統(tǒng)的碳纖維熱固性復(fù)合材料具有這樣幾方面優(yōu)勢(shì):首先,同等強(qiáng)度下熱塑性連續(xù)碳纖維復(fù)合材料筆記本電腦外殼厚度要比熱固性碳纖維復(fù)合材料的筆記本電腦外殼厚度減薄10%, 重量減少10%;其次,碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制作而成的外殼在延展性能上表現(xiàn)更好,更具韌性,不易損壞;再者,碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合板材的制備產(chǎn)能更高,通過(guò)低壓加熱就可以快速、高效地成型,能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);另外,熱塑性產(chǎn)品可回收利用的特性也為最終產(chǎn)品的環(huán)保性加分。

碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料汽車底盤:

       由日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)與名古屋大學(xué)國(guó)立復(fù)合材料研究中心共同研發(fā)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料汽車底盤,采用“LFT-D工藝”,即全自動(dòng)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料直接在線成型法。該工藝免去了熱壓罐法所需的中間步驟,使熱塑性樹(shù)脂及碳纖維的供給到最終產(chǎn)品之間實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn),在短時(shí)間內(nèi)快速成型。并充分利用熱塑性CFRP的可焊接優(yōu)勢(shì),通過(guò)加熱熔融連接的方式,形成了全部由熱塑性CFRP構(gòu)成的汽車底盤。

       長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料不僅密度低(1.1-1.4g/cm3),而且具有很好的力學(xué)性能,其拉伸強(qiáng)度、彈性模量、沖擊韌性、耐熱性和耐蠕變性能均明顯優(yōu)于短纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料,特別是其抗沖擊性能較高,適用于汽車的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件,如:前、后吸能保險(xiǎn)杠,前端模塊骨架,儀表臺(tái)骨架,前、后座椅骨架,車門模塊骨架,備胎倉(cāng),電池箱以及車身底部護(hù)板和隔聲罩等。近年來(lái),還有些汽車的后舉門內(nèi)結(jié)構(gòu)板和踏步板都選用該材料,可以說(shuō),碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在汽車行業(yè)中得到了創(chuàng)新性的應(yīng)用。

碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料骨外科醫(yī)療器械

       骨外固定器、瞄準(zhǔn)器支架等高端醫(yī)療器械采用碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要是看重其耐高溫、抗?jié)?、?qiáng)度大、重量輕和不易變形等性能特征。無(wú)錫智上新材料科技有限公司以食品級(jí)peek(聚醚醚酮)作為基體材料,采用連續(xù)性碳纖維作為增強(qiáng)體,打破了國(guó)內(nèi)以短切或者粉末碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮的傳統(tǒng)方式,提升了產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性。

       peek樹(shù)脂本身無(wú)毒、質(zhì)量輕、耐腐蝕,是與人體骨骼最接近的材料之一,能很好地與肌體相容,所以常常被用來(lái)代替金屬制造人體骨骼。采用連續(xù)性碳纖維增強(qiáng)后的peek復(fù)合材料彌補(bǔ)了樹(shù)脂本身在韌性和耐沖擊強(qiáng)度方面的缺陷。用碳纖維增強(qiáng)peek復(fù)合材料制成的醫(yī)療器械在熱水、蒸汽、溶劑和化學(xué)試劑等條件下表現(xiàn)出較高的機(jī)械強(qiáng)度和水解穩(wěn)定性,適用于高溫蒸汽消毒等特殊工作環(huán)境。從應(yīng)用成本角度考慮,無(wú)錫智上新材還通過(guò)自己研發(fā)的制造技術(shù),有效降低了工藝成本,使該材料在更多的醫(yī)療器械中實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用可能。

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