國際碳纖維增強熱塑性復材一線動態(tài)
日本Takagi Seico公司開發(fā)出超輕量且高剛性的無縫結構CFRTP，部件的端部一方面在曲面上包入連續(xù)纖維的熱塑性預浸料，另一方面通過芯背成型使成型品內部形成發(fā)泡體。這種超輕量、高強、高剛性的無縫結構體是通過一次擠出的發(fā)泡成型工藝制得，整個成型體具有優(yōu)良的物性。為了減少高價碳纖維的用量，制成以發(fā)泡體作為芯材的三明治結構，現已用于本田車的燃料電池部件，并申請專利。
積水化學獨自開發(fā)出特殊處理液，將碳纖維絲束進行開纖，低黏度的處理液浸入絲束內部后，通過一定的熱處理，使處理液成分聚合和碳化，起到隔離板的作用，而且即使高黏度的樹脂也可實現高生產效率浸漬，成功地實現彎曲加工，如高黏度的PEEK浸漬24K碳纖維織物，碳纖維的容積率提高到了60%。在要求難燃、低冒煙和低毒性的場合，開發(fā)出碳纖維增強聚氯乙烯 ( PVC) 。
Daicel Evonik公司提出了新的方案，將PEEK為基體的CFRTP與PEEK的擠出成型相組合，即將PEEK粉體半浸漬的碳纖維半浸料體進行內部成型，再通過擠出時的熱壓，使之在模具內完全浸漬，并可形成一體成型品，可用于飛行器一次結構材料，強度和剛性可滿足要求，也可應用于醫(yī)療器械，而且由于提高了強度、耐熱性和輕量化，可改善操作性。
在連續(xù)碳纖維增強塑料方面，德國Kovestro公司生產的碳纖維和玻纖等增強聚碳酸酯 “Maezio”，因具有優(yōu)良的強度、成型加工性、再生性和漂亮的外觀，在我國的家電外殼、體育休閑用品和運動鞋等市場中不斷擴大。該公司在德國投資數千萬歐元，擴大生產百萬個單元的制品，應用于全球的電子電機產業(yè)、汽車、家電、家具、醫(yī)療器材、體育用品和運動鞋。
美國杜邦、Fibertec和Purdue大學組成的國際合作復合材料研究院 IACMI，聯合開發(fā)了新的CFRTP制造方法，改進了織物的可成型性，可更容易和更安全地生產CFRTP。起始材料采用Fibertec的柔軟涂覆碳纖維束Fiberflex，是將碳纖維部分浸漬于熱塑性聚酰胺中，然后用杜邦的快速織物成型 ( RFF) 技術進行加工。在熱和壓力下，Fiberflex 預成型體迅速固化成無微孔的復合材料，當選用12K碳纖維時，可形成5 mm寬、0.3mm厚的易加工成預成型體的帶狀預浸料。其有利于大量生產接近于最終形狀的預成型體和CFRP部件，設計自由度高，生產成本低，可減少所需上漿劑。
三井化學試制了碳纖維增強聚丙烯帶“TAFNEX”及其成型品，與熱固型的CFRP相比，成型時間短，可通過熱融粘合進行2次成型。由于其強度高、低吸水和質量輕，后用于生產自行車和汽車部件。
日本Sankorona小田公司研發(fā)出碳纖維無規(guī)片材增強熱塑性環(huán)氧樹脂片材，因其預浸料 Flexcarbon具有優(yōu)良的賦形性和表面特性，在壓制成型時易進行加工處理，市場不斷擴大。這種極薄的單向 ( UD) 帶切斷后，將20層層壓成厚2mm的片材，在模具中進行紡熱和冷成型時，由于纖維和樹脂同時流動，賦形性好，1 min后即成型，研磨后表面平滑性優(yōu)，計劃1-2年實現量產。
日本福井Fibertek公司與法國CQFD 復合材料公司成立合作公司，引進 CFRTP 拉擠成型技術而進入該領域。CQFD 擁有碳纖維或玻纖浸漬己內酰胺的現場快速聚合、直接拉擠成型制成碳纖維增強尼龍6UD帶材的技術。2019年將引進采用超聲波開纖技術的UD帶材的生產設備，然后根據需要裁剪并鋪層成無規(guī)則的CFRTP材料，同時還可選用熱固型樹脂生產 CFRP拉擠成型材料。
東洋樹脂公司與文殊工學醫(yī)學研究所共同開發(fā)采用兩種樹脂基體作為基材的高質量 CFRTP的制造技術，是將直徑7μm的碳纖維在超聲波配合下，均勻浸漬于含粒徑0. 03μm 的低黏度聚氨( PU) 酯微粒的乳液中，干燥固化后在其表面上像包電線那樣覆上一層易進一步加工的聚丙烯 ( PP)。兩種樹脂占纖維的體積率為50%，其中PP為 40%、PU為 10%，適用于汽車部件等，于2016年共同取得專利，并在歐美和中國申請專利。
大阪瓦斯化學公司研發(fā)出一種提高樹脂流動性的助劑“QGSOL MF－11”，并適用于 CFRTP 的壓制成型，現已應用于汽車底盤、傳動軸和電子等部件。MF－11 適用于尼龍6、PU等可緩和分子間形成氫鍵而提高流動性的熱塑性樹脂基體。
在自動化技術開發(fā)方面，法國 Coriolis 復合材料公司開發(fā)了碳纖維等的自動鋪放系統(tǒng) ( AFP)，助力研發(fā)三維的CFRTP 部件。該AFP 已提供給美國威大可塔州立大學的國家研究所 ( NIAR)，助推其三維CFRTP所需部件的開發(fā)，并以此向全球推廣。
——摘自羅益峰的《處于戰(zhàn)略機遇期的全球碳纖維及其復合材料產業(yè)》，《高科技纖維與應用》2019年第2期。
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積水化學獨自開發(fā)出特殊處理液，將碳纖維絲束進行開纖，低黏度的處理液浸入絲束內部后，通過一定的熱處理，使處理液成分聚合和碳化，起到隔離板的作用，而且即使高黏度的樹脂也可實現高生產效率浸漬，成功地實現彎曲加工，如高黏度的PEEK浸漬24K碳纖維織物，碳纖維的容積率提高到了60%。在要求難燃、低冒煙和低毒性的場合，開發(fā)出碳纖維增強聚氯乙烯 ( PVC) 。
Daicel Evonik公司提出了新的方案，將PEEK為基體的CFRTP與PEEK的擠出成型相組合，即將PEEK粉體半浸漬的碳纖維半浸料體進行內部成型，再通過擠出時的熱壓，使之在模具內完全浸漬，并可形成一體成型品，可用于飛行器一次結構材料，強度和剛性可滿足要求，也可應用于醫(yī)療器械，而且由于提高了強度、耐熱性和輕量化，可改善操作性。
在連續(xù)碳纖維增強塑料方面，德國Kovestro公司生產的碳纖維和玻纖等增強聚碳酸酯 “Maezio”，因具有優(yōu)良的強度、成型加工性、再生性和漂亮的外觀，在我國的家電外殼、體育休閑用品和運動鞋等市場中不斷擴大。該公司在德國投資數千萬歐元，擴大生產百萬個單元的制品，應用于全球的電子電機產業(yè)、汽車、家電、家具、醫(yī)療器材、體育用品和運動鞋。
美國杜邦、Fibertec和Purdue大學組成的國際合作復合材料研究院 IACMI，聯合開發(fā)了新的CFRTP制造方法，改進了織物的可成型性，可更容易和更安全地生產CFRTP。起始材料采用Fibertec的柔軟涂覆碳纖維束Fiberflex，是將碳纖維部分浸漬于熱塑性聚酰胺中，然后用杜邦的快速織物成型 ( RFF) 技術進行加工。在熱和壓力下，Fiberflex 預成型體迅速固化成無微孔的復合材料，當選用12K碳纖維時，可形成5 mm寬、0.3mm厚的易加工成預成型體的帶狀預浸料。其有利于大量生產接近于最終形狀的預成型體和CFRP部件，設計自由度高，生產成本低，可減少所需上漿劑。
三井化學試制了碳纖維增強聚丙烯帶“TAFNEX”及其成型品，與熱固型的CFRP相比，成型時間短，可通過熱融粘合進行2次成型。由于其強度高、低吸水和質量輕，后用于生產自行車和汽車部件。
日本Sankorona小田公司研發(fā)出碳纖維無規(guī)片材增強熱塑性環(huán)氧樹脂片材，因其預浸料 Flexcarbon具有優(yōu)良的賦形性和表面特性，在壓制成型時易進行加工處理，市場不斷擴大。這種極薄的單向 ( UD) 帶切斷后，將20層層壓成厚2mm的片材，在模具中進行紡熱和冷成型時，由于纖維和樹脂同時流動，賦形性好，1 min后即成型，研磨后表面平滑性優(yōu)，計劃1-2年實現量產。
日本福井Fibertek公司與法國CQFD 復合材料公司成立合作公司，引進 CFRTP 拉擠成型技術而進入該領域。CQFD 擁有碳纖維或玻纖浸漬己內酰胺的現場快速聚合、直接拉擠成型制成碳纖維增強尼龍6UD帶材的技術。2019年將引進采用超聲波開纖技術的UD帶材的生產設備，然后根據需要裁剪并鋪層成無規(guī)則的CFRTP材料，同時還可選用熱固型樹脂生產 CFRP拉擠成型材料。
東洋樹脂公司與文殊工學醫(yī)學研究所共同開發(fā)采用兩種樹脂基體作為基材的高質量 CFRTP的制造技術，是將直徑7μm的碳纖維在超聲波配合下，均勻浸漬于含粒徑0. 03μm 的低黏度聚氨( PU) 酯微粒的乳液中，干燥固化后在其表面上像包電線那樣覆上一層易進一步加工的聚丙烯 ( PP)。兩種樹脂占纖維的體積率為50%，其中PP為 40%、PU為 10%，適用于汽車部件等，于2016年共同取得專利，并在歐美和中國申請專利。
大阪瓦斯化學公司研發(fā)出一種提高樹脂流動性的助劑“QGSOL MF－11”，并適用于 CFRTP 的壓制成型，現已應用于汽車底盤、傳動軸和電子等部件。MF－11 適用于尼龍6、PU等可緩和分子間形成氫鍵而提高流動性的熱塑性樹脂基體。
——摘自羅益峰的《處于戰(zhàn)略機遇期的全球碳纖維及其復合材料產業(yè)》，《高科技纖維與應用》2019年第2期。
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