摘 要
日本三菱化学控股集团是目前全球少数的既拥有PAN基碳纤维又拥有沥青基碳纤维的生产企业之一，三菱在碳纤维产品生产链中涵盖了原料到最终产品。本文主要介绍了日本三菱化学高耐温型碳纤维增强酚醛树脂基复合材料的特性和应用实例。
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高耐温型碳纤维增强酚醛树脂复合材料
随着飞机、汽车等领域轻量化需求的日益提高，以及为了满足高效率、高强度、复杂化工业应用的需求，兼具轻质高强特性的碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）应用将越来越广泛。
目前基于通用型环氧树脂基CFRP在耐热性方面存在一定的问题，因而在某些情况下无法完全满足客户的多样化需求。为了解决这些问题，日本三菱化学以酚醛树脂为基础，开发了即使在300°C下也几乎不会降低性能的高耐热性FRP。
使用该酚醛树脂制备得到的CFRP除了具有高导热性、高刚性、轻量化等环氧树脂基CFRP的特点外，还具有高耐热性，可以提供解决以往难以解决的客户难题的解决方案。
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通用型CFRP的典型应用
作为一种轻巧坚固的材料，CFRP已广泛应用于体育休闲、工业、飞机、汽车等领域。通过选择树脂，可以赋予结构件耐热性、耐冲击性、阻燃性等，而且还可以发挥结构件轻量化、自由强度/刚度设计等传统金属和陶瓷所没有的优异特性。
CFRP的主要用途（如图1所示）包括：
①精密设备零件（液晶机器手、半导体用末端执行器、薄膜制造用辊等）
②一般工业用机械部件（运输设备传送梁等）
③医疗器械用零件（X光用卡托等）
④体育用品（钓竿、球拍、球棒、自行车零件、高尔夫球杆等）
⑤人造卫星、飞机、直升机、无人机用部件
⑥汽车用部件（行李箱架、外板、室内装饰面板等）
⑦船体、桅杆和吊臂等
⑧风电叶片的加固材料
⑨压力容器
⑩建筑物、高速公路等加固材料
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高耐温型酚醛树脂基CFRP的典型应用
使用酚醛树脂的CFRP和使用环氧树脂的CFRP、铝（A6061）、钢（SS400）的物理性能对比如表1所示。其中酚醛树脂基复合材料耐热温度超过300℃，远高于环氧CFRP的100～200℃、A6061的150℃，密度则与环氧CFRP的1.7g/cm³相同，远低于A6061的2.7g/cm³、SS400的7.9g/cm³。此外，作为增强材料，Pitch沥青基碳纤维，PAN基碳纤维两种类型的碳纤维都可以进行增强。
图2显示了使用沥青基碳纤维（K13916，拉伸模量：760 Gpa）在各测量温度下的酚醛CFRP弯曲试验结果。将室温下弯曲强度和弯曲模量设为100%时，各温度下的弯曲强度和弯曲模量用表现率表示（上：弯曲强度的表现率/下：弯曲强度的表现率）。
从测量温度超过100°C和200°C的附近开始，每种环氧树脂CFRP的弯曲强度和弯曲模量都有明显的下降。而对于酚醛CFRP，即使在300°C下，强度和模量从初始阶段也略有降低不超过5%。
作为耐高温型酚醛CFRP的产品示例，图3所示为长尺机器人的机械臂。三菱化学公司根据顾客的要求进行形状研究，刚性设计，制造出最长超过4m长度的机器人机械臂。
表2显示了酚醛CFRP时轻量化减重效果。以SS400的刚性（弯曲弹性模量以（0°）为基准，当A6061、酚醛CFRP的刚性换算为相同刚性厚度时，酚醛CFRP可减少约20%，再加上不同材料之间的密度差，最终构件的重量可减少约80%。
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