一文了解碳纤维热塑性复合材料

聚苯硫醚也是颇受复合材料行业青睐的热塑性树脂之一，其在力学性能、耐腐蚀性、自阻燃性等方面都表现优异，所以常常被用作各类高性能复合材料的基体材料。碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的各项力学性能也受碳纤维含量的影响，在一定阈值下，碳纤维含量越大，承担外力载荷的能力也就越强。实验证明，在高达100℃的温差条件下，连续性碳纤维增强PPS复合材料板的ILSS仍能呈现出较好的稳定性。

聚醚醚酮刚性高、尺寸稳定性好、线膨胀系数小、能承受极大的应力，不会因时间的延长而产生明显的延伸，而且其密度小，加工性能好，适宜于对精细度要求高的部件。聚醚醚酮本身就是热塑性树脂中耐热性较好的一种，长期的工作温度甚至能达到250摄氏度，在这样的高温环境下，其力学性能基本不受影响。采用碳纤维作为增强体可以进一步提升聚醚醚酮材料在强度、刚性和耐磨性等方面的性能表现，对于制品的整体使用寿命也有明显的延长作用。相关实验证明，碳纤维材料的占比在25%-30%时，以聚醚醚酮为基体的复合材料的耐磨性有显著提高，碳纤维材料的加入能有效提升其应用价值和应用范围。

 

国内的碳纤维增强热塑性复合材料相关产业起步较晚，以预浸料为例，市场上仍以玻璃纤维增强PP、PA等通用塑料热塑性预浸料为主，碳纤维增强热塑性预浸料尚未实现规模化批量生产。

从航空航天到工业制造的各个行业，都在寻找创新的方法来减轻多余的重量，在实现轻量化的同时，还能提供与同类产品相当的安全性和可靠性，实现功能集成与减重双重目标。例如，配备电驱动或燃料电池引擎的汽车能够通过减轻结构件或动力总成部件的重量，使其续航里程得以增加，最直接的案例就是智上新材为汽车设备商定制的碳纤维动力电池箱体，比金属箱体减重三分之一；工业机械中的重型、高负载以及耐用的工业设备，可以通过采用高强度与性能更好的材料实现轻量化、轻薄的精密结构，智上新材为纺织、印刷、造纸、锂电池等行业提供的碳纤维辊，在提高生产效率、减少能耗的同时，还因为碳纤维复合材料所提供的良好尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、耐疲劳性而获得优化的结果。事实证明，碳纤维的这种轻量化应用价值将大幅度推动其在多种行业中的应用比例。

为了满足某些行业对特定项目的材料需求，碳纤维复合材料零部件制造企业需要不断开发出具有特定应用性能的碳纤维复合材料，例如耐高温性、阻燃性、自润滑性、电磁波透过性等不同的性能特征，以此扩大碳纤维复合材料的应用范围。而且，碳纤维复合材料的这种可调适的应用能力反过来又会引导工业制造等领域进行设备升级。

航空、轨道交通以及汽车制造在材料选择时通常会考虑乘客的安全性，阻燃类碳纤维复合材料更符合这类应用需求；航天工程和特种工业设备的一些零部件需要耐受很高的工作温度，智上新材为这类设备提供耐高温碳纤维复合材料零部件的定制服务，这类碳纤维产品可承受数百至上千摄氏度的不同工作温度，同时还能保持低热膨胀系数；许多工业设备要求零部件材料具有足够的耐磨性和自润滑性，智上新材开发的连续CF增强PEEK等复合材料有效提升了零部件的自润滑和耐磨性能。而且，这种连续碳纤维增强热塑性复合材料产品可以通过选择不同种类的基体材料、含量不同的碳纤维以及添加工艺改变或调节复合材料的实际性能。可以说，工业等领域的应用需求带动了碳纤维复合材料的发展。

如果从材料全生命周期的角度来审视，热固性碳纤维复合材料必将面临挑战。为了应对该问题，现在主要有两个方向的解决方案：一是针对当下市场上的碳纤维复合材料进行可回收性研究；二是直接采用热塑性树脂基替代热固性树脂基，例如智上新材开创了以连续碳纤维为增强体，以中高端热塑性树脂为基体的热塑性碳纤维复合材料零部件解决方案。这种热塑性树脂基体与热固性树脂基体不同，具有可回收和二次利用的基本条件。

如今，这种新兴的连续碳纤维增强热塑性复合材料制造技术正在奋力赶超传统的碳纤维增强热固性复合材料，正在为航空航天、军工、轨道交通，智能机械和高端医疗市场中的特定用户提供具有更高性能的应用产品。