碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)材的國(guó)際化差異
由于環(huán)境污染和資源回收再利用問題引發(fā)了全球范圍的重視,已得到廣泛應(yīng)用的碳纖維熱固性樹脂基復(fù)合材料也在一定程度上受到了沖擊。韌性、耐濕、耐腐蝕性好,損傷容限比較高,易成型,特別是可以二次加工,能夠回收再利用的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料隨之得到了業(yè)內(nèi)的青睞。
根據(jù)熱塑性樹脂基體的不同,碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要分為三大類:碳纖維增強(qiáng)特種工程塑料、碳纖維增強(qiáng)工程塑料、碳纖維增強(qiáng)通用塑料。其中,特種工程塑料與工程塑料及通用塑料相比,擁有更優(yōu)越的力學(xué)強(qiáng)度,其耐熱及耐腐蝕等特性表現(xiàn)更好,可以應(yīng)用于汽車制造、高端工業(yè)等領(lǐng)域。歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家在此領(lǐng)域明顯處于領(lǐng)先地位,研究和開發(fā)比較多的特種工程塑料有PEEK、PPS、PI、PEKK、PSF、PES、PPSU等。相比而言,我國(guó)目前還以增強(qiáng)工程塑料或通用塑料為主,如PP等,在以特種工程塑料為基體的增強(qiáng)型復(fù)合材料方面發(fā)展相對(duì)滯后,對(duì)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)特種工程塑料的應(yīng)用更是少之又少,大多數(shù)仍處于研發(fā)階段。
以碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸帶為例,碳纖維增強(qiáng)工程塑料UDTP,其強(qiáng)度超過超高強(qiáng)度鋼(拉伸強(qiáng)度≥1620MPa)至少一半,碳纖維賦予了熱塑性樹脂基體以極高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量,這種預(yù)浸帶的制備是連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)材制品量產(chǎn)化的基礎(chǔ)。但是,碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的制備涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、高分子材料加工、改性及復(fù)合材料制備等多方面的技術(shù)知識(shí),多個(gè)領(lǐng)域的跨越與融合成為限定碳纖維增強(qiáng)熱塑性高端復(fù)合材料應(yīng)用和發(fā)展的主要瓶頸。
另外,高端特種工程塑料本身也是一個(gè)制約因素。在2018年初全球規(guī)模最大的復(fù)合材料國(guó)際展覽會(huì)舉行時(shí),國(guó)際上擁有一定商業(yè)規(guī)模的PEKK的生產(chǎn)廠商還局限于法國(guó)阿科瑪公司、印度Rallis公司等數(shù)個(gè)品牌商,中國(guó)也僅有山東凱盛新材料股份有限公司榜上有名。
從全球范圍看,碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)起步,但是少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家與大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家之間的差距依然很大。目前,有關(guān)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備及鋪放技術(shù)主要掌握在美、德、荷、日等發(fā)達(dá)國(guó)家手中,尤其是被日本帝人、美國(guó)赫氏和杜邦、德國(guó)贏創(chuàng)、荷蘭帝斯曼、法國(guó)阿柯瑪、比利時(shí)蘇威等國(guó)際化工材料巨頭所壟斷。并且,發(fā)達(dá)國(guó)家在相關(guān)的預(yù)浸料及制品制造技術(shù)方面已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化,而國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)幾個(gè)企業(yè)涉足,大型的龍頭型企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)仍在碳纖維原絲的生產(chǎn)方面,至于下游的應(yīng)用,尚未得到細(xì)化和深入。
不過,作為國(guó)內(nèi)一家力主從熱固性碳纖維復(fù)合材料向熱塑性碳纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)型的下游企業(yè),我們無錫智上新材料科技有限公司主動(dòng)請(qǐng)纓,聯(lián)合復(fù)合材料制備的機(jī)械商,在借鑒國(guó)外先進(jìn)同行的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出符合國(guó)內(nèi)現(xiàn)行市場(chǎng)需求的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)材預(yù)浸帶及制品的生產(chǎn)線,相關(guān)的連續(xù)性碳纖維增強(qiáng)PEEKPIPPS等前期樣品實(shí)驗(yàn)階段已初步完成,有望在今年年底前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),相信這對(duì)縮小連續(xù)碳纖維增強(qiáng)高端熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品與國(guó)外技術(shù)上的差距有著積極的影響。
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