复合材料预浸料的应用与趋势

随着时代的发展与科技的进步,普通金属材料逐渐难以满足人们的需求。汽车轻量化、载人航空航天等无不促使着我们加快探索新材料的脚步。由此连续纤维增强热塑复合材料和热固复合材料的成功问世解决了人们对于材料的特殊需求,为了打破国外技术壁垒,积极投身于种复合材料的研发当中,取得了不错的成果。复合材料顾名思义就是把不同材料按照一定的比例进行混合,从而使材料获得我们所需要的特性。

说到复合材料,就必须提到“预浸料(预浸带)“了。预浸料俗称模塑料,是用树脂在严格控制条件下浸渍连续纤维及其织物而制成的组合体,是制造复合材料的中间体。根据选用树脂的种类可以分为热塑性预浸料和热固性预浸料根据选用树脂的类型分为:环氧预浸料、聚酰胺预浸料、酚醛预浸料、氰酸酯预浸料、聚砜预浸料、聚醚预浸料等;根据增强材料类型分为:碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、硼纤维预浸料等:根据增强材料结构型式可分为:单向纤维预浸、短切纤维预浸料、织物预浸料等。

热塑性与热固性预浸料的区别

热塑性预浸料是复合材料增强材料（玻璃纤维，碳纤维，芳纶等），已预先浸渍了热塑性树脂。用于热塑性预浸料的常见树脂包括PP，PET，PE，PPS和PEEK。热塑性预浸料可以单向胶带或编织或缝合的织物的形式提供。热固性预浸料和热塑性预浸料之间的主要区别在于，热塑性预浸料在室温下是稳定的，并且通常没有保存期限。这是热固性树脂和热塑性树脂之间差异的直接结果。

预浸料复合材料制造中更常用的是热固性预浸料。使用的主要树脂基质是环氧树脂。将其他热固性树脂制成预浸料，包括BMI和酚醛树脂。使用热固性预浸料，热固性树脂从液体开始，并完全浸渍纤维增强材料。精确地从增强物中去除了多余的树脂。同时，环氧树脂经历部分固化，从而将树脂的状态从液体改变为固体。这就是所谓的“ B阶段”。在B阶段，树脂被部分固化并且通常发粘。当树脂升高到高温时，它通常会在完全硬化之前短暂回到液态。固化后，处于b阶段的热固性树脂现已完全交联。所制备的复合材料目前已广泛应用于航空航天、风力发电、高铁、汽车、渔具、赛艇等领域。说完预浸料,下面我们将介绍四种加工工艺。

复合材料制品加工工艺

热压罐成型:将预浸料按铺层要求铺放于模具上,并密封在真空袋中后放入热压罐中,经过热压罐设备加温、加压,完成材料固化反应,使得预浸料胚件成为所需形状且单面光滑的工艺手法。适合产量不大、面积或体积较大、型面复杂的构建。

真空固化炉成型:原理类似热压罐成型,优点是体积大,可生产更大满级或体积的构件,也可同时放入较多中小型构件,使得单个产品的成型成本低。

高温模压成型:该工艺是将预浸料裁剪成所需的形状或手工叠成所需造型,将胚料放入模具中,经加温、加压成型复合材料制品。

感应加热成型:该工艺是通过热源直接接触模具,使得模具快速升温,达到成型固化条件。原理类似于高温模压工艺,但不受模压设备尺寸限制,可制作大型的尺寸精度要求较高的构件。

预浸料应用领域

热固性树脂技术成熟，性能稳定，是目前预浸料主流的基体树脂，随着高性能碳纤维品种与质量的突破，以及复合材料结构设计制造技术的提高，特别是国产大飞机产业的形成，高端预浸料在航空航天领域的应用必将会有大幅度提升，航空领域预浸料的供应将会面临供不应求的局面。

目前我国预浸料行业还处于成长阶段，行业还有较大的增长空间，随着我国新材料进入由大到强转变的关键时期，逐步实现进口替代，我国预浸料产业将会保持稳定增长。

在新能源领域，风电叶片、光伏多晶硅坩埚以及碳纤维缠绕气瓶等多个相关次级市场对碳纤维复合材料的应用已相对普及，并不断通过技术进步增加其应用比重，进而成为了带动碳纤维需求快速增长的“压舱石”。以氢能产业的不断发展为例，诸如氢能汽车、氢能重卡、物流车甚至列车等的陆续下线，直接催生带动了一大批的碳纤维车载缠绕气瓶的需求。

在汽车领域，无论是传统燃油汽车还是新能源汽车，车身、车架、传动轴等重要部件都迫切需要新材料减重降耗，碳纤维是其中的最佳选择之一，国内外主流汽车厂商采用碳纤维复合材料的高端新车型越来越多，汽车领域对预浸料市场需求将不断增加。

预浸料技术发展趋势

随着航空航天的轻质化、高速化，轨道交通的轻质化、阻燃化，电子电器的高集成化的迅速发展，复合材料的阻燃性、力学性能、耐热性、尺寸稳定性的要求越来越高，预浸料的要求也越来越严苛。未来，预浸料将往以下方向发展。

开发新型热熔预浸料体系。预浸料的制备方法主要有两种，即溶液浸渍法和热熔胶膜法，目前以溶液浸渍法为主。溶液浸渍法是将纤维或织物经过树脂溶液浸渍后，将树脂中的溶剂挥发掉，并使预浸料达到B阶段的工艺；该法生产设备投入少，缺点是预浸料树脂含量难以精确控制，大量溶剂挥发，形成环境污染。热熔胶膜法是首先将熔融的树脂制成均匀平整的胶膜，而后将胶膜与纤维或织物在一定温度和压力下进行复合浸渍，得到合格预浸料；此工艺优点是树脂含量控制精确、挥发份少，无环境污染。为此，开发新型热熔预浸料体系变得越来越迫切。

室温长储存期。为了降低先进复合材料的制造成本，除采用各式各样的新技术外，一个重要方面是大力发展低温低压固化的树脂体系。如果在不提高固化温度的情况下延长树脂及其预浸料室温下的使用期，不但不用建立大型的冷藏设备，而且也不用对现有的制件成型设备进行改造。这将大幅降低先进复合材料在制造和使用中的储存及工艺成本。

高性能化。“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、高突防、低成本”是新一代飞行器的发展目标，对预浸料的轻质高强、耐高温、抗烧蚀性、高力学强度、高介电性能、可设计性等提出了越来越高的要求。同时，电子产品向着高速化、高频化方向不断发展，同时对可靠性的要求也越来越高，对于覆铜板用预浸料，具有高耐热性、优异的介电性能已显得越来越重要。