东丽官网3月7日宣布,针对航空航天市场推出号称世界上性能最好的新一代碳纤维预浸料,其拉伸强度和抗冲击性能比上一代产品均提升了30%。该产品解决了长久以来高模量和高韧性不可得兼的技术难题,可以耐受温度极值(极高温和极低温),充分迎合了航空航天应用的技术需求和市场期待,在上述领域或将大有作为。
那么碳纤维预浸料究竟为何方神圣,待小编为大家慢慢道来。
什么是碳纤维预浸料
碳纤维预浸料生产工艺
碳纤维预浸料国内外发展现状
碳纤维预浸料未来发展趋势
预浸料(Prepreg,PreimpregnatedMaterials),是把基体(Matrix)浸渍在强化纤维(Reinforced Fiber)中制成的预浸片材产品,是复合材料的中间材料。
碳纤维预浸料是由增强体,如碳纤维纱、树脂基体、离型纸等材料,经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料,又名碳纤维预浸布。
性能特点
强度高、密度小:碳纤维预浸料的强度可以达到钢材的6-12倍,密度只有钢材四分之一
可塑性好:可根据模具形状做成任何形状,成型容易,便于加工
耐腐蚀,寿命长
碳纤维预浸料种类
碳纤维预浸料的种类有单向碳纤维预浸料及编织碳纤维预浸料,单向碳纤维预浸料在纤维方向有最大的强度,通常用于有不同方向组合的叠层板,而编织碳纤维预浸料具有不同的编织方式,其强度在两个方向约相等,可应用于不同的结构物。
应用领域
广泛应用于钓具、运动器材、体育用品、航空航天等领域, 军事上用于制造火箭、导弹、卫星、雷达、防弹车、防弹衣等重要军工产品。
碳纤维预浸料生产工艺流程
由纤维束拼成所需的含量及宽度,然后经纤维架将纤维均匀的分开,同时树脂加热后涂布在上下离型纸上。
将纤维及涂布树脂的上下离型纸同时导入滚轮中,纤维位于上下离型纸之间,借由滚轮的压力将树脂均匀的散布于纤维之间。
纤维含浸树脂后经过冷却或烘干,经捲取器捲取成捲轴状。
碳纤维预浸料生产工艺流程图
碳纤维预浸料的主要生产方式
碳纤维预浸料主要有两种方式:一种为直接将树脂加热,以降低其黏度,便于均匀散布于纤维之间,称为热溶法。另一种为将树脂溶于溶剂中来降低黏度,待树脂含浸纤维后再加热使溶剂挥发,称为溶液浸渍法。
热熔胶法的制程,树脂含量控制容易,可省略烘干的步骤,且无残存的溶剂,但树脂黏度较高,含浸纤维编织物时易造成纤维变形。溶剂法投资成本低,制程简便,但是溶剂的使用易残存于预浸布中,影响最终复合材料的强度,而且造成环境污染的问题。
目前碳纤维预浸料主要使用热固性材料:环氧树脂,由于预浸料的树脂固化状态为B-stage,因而捲取的预浸料需于低温环境保存,碳纤维预浸料在室温所能储存的时间称为储存周期,如无低温储存条件,预浸料的制作量必须以在储存周期内能够使用完毕为原则。
碳纤维预浸料市场前景
碳纤维产业不仅包括聚合、原丝及碳纤维的生产过程,而且包括下游碳纤维预浸料的生产及复合材料的生产与应用。
据复合材料杂志ReinforcedPlastics援引的报告称,到2019年,全球碳纤维预浸料市场将达40亿美元,保持快速增长,复合增长率超过11%。由于生产成本的飞升和总需求的增长,碳纤维预浸料的价格将以更快的速度上涨。全球的预浸料供应商数量不断上升,整体的市场充满着创新的活力,产品性能有了更高的表现。
碳纤维预浸料主要企业
全世界最著名的碳纤维预浸料公司是Toray(东丽)、 Hexcel(赫氏)、Cytec(氰特)、Gurit(固瑞特)和TenCate。占有预浸料市场的大部分份额。
国内企业有中复神鹰碳纤维有限责任公司、江苏恒神股份有限公司、沈阳中恒新材料有限公司、威海光威复合材料有限公司 、四川新万兴复合材料有限公司 、嘉兴中宝碳纤维有限公司、江苏澳盛复合材料科技有限公司等公司,虽同国外企业还存在很大差距,但已经在各领域取得了一定的成果,有效减少了对进口产品的依赖。
随着碳纤维行业的发展,碳纤维预浸料产品在近几年呈现了新的预浸发展趋势。
大丝束碳纤维预浸料在工业领域的优势日益明显。
非热压罐工艺(OOA,Out of Autoclave)的预浸料大力发展,可大大降低预浸料后续固化成型的时间与成本。
针对不同应用的专用预浸料:如汽车领域,对零件短时间成型要求高,为满足后续快速成型工艺,必须开发<5min的快速固化预浸料。
功能化的预浸料:在树脂中混入纳米碳管或短切碳纤维制成具有吸波功能的预浸料。
与其他材料共固化的预浸料:预浸料可以与灌注的树脂共同固化,可以与SMC共同模压固化,也可以用单向预浸料﹢织物预浸料﹢SMC共同模压固化。
热塑性碳纤维预浸料:无需冷库仓存与运输,后续成型工艺高效且方便,材料的韧性大,抗冲击性能好,尤其可再生利用,符合节能减排绿色环保趋势。
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