由于環境污染和資源回收再利用問題引發了全球范圍的重視,已得到廣泛應用的碳纖維熱固性樹脂基復合材料也在一定程度上受到了沖擊。韌性、耐濕、耐腐蝕性好,損傷容限比較高,易成型,特別是可以二次加工,能夠回收再利用的碳纖維增強熱塑性復合材料隨之得到了業內的青睞。
根據熱塑性樹脂基體的不同,碳纖維增強熱塑性復合材料主要分為三大類:碳纖維增強特種工程塑料、碳纖維增強工程塑料、碳纖維增強通用塑料。其中,特種工程塑料與工程塑料及通用塑料相比,擁有更優越的力學強度,其耐熱及耐腐蝕等特性表現更好,可以應用于航空軍工、汽車制造、高端工業等領域。
歐、美、日等發達國家在此領域明顯處于領先地位,研究和開發比較多的特種工程塑料有PEEK、PPS、PI、PEKK、PSF、PES、PPSU等。相比而言,我國目前還以增強工程塑料或通用塑料為主,如PP等,在以特種工程塑料為基體的增強型復合材料方面發展相對滯后,對連續碳纖維增強特種工程塑料的應用更是少之又少,大多數仍處于研發階段。
以碳纖維增強熱塑性預浸帶為例,碳纖維增強工程塑料UDTP,其強度超過超高強度鋼(拉伸強度≥1620MPa)至少一半,碳纖維賦予了熱塑性樹脂基體以極高的拉伸強度和彈性模量,這種預浸帶的制備是連續碳纖維增強熱塑性復材制品量產化的基礎。
但是,碳纖維增強熱塑性復合材料預浸料的制備涉及機械設計、制造、高分子材料加工、改性及復合材料制備等多方面的技術知識,多個領域的跨越與融合成為限定碳纖維增強熱塑性高端復合材料應用和發展的主要瓶頸。
另外,高端特種工程塑料本身也是一個制約因素。在2018年初全球規模大的復合材料國際展覽會舉行時,國際上擁有一定商業規模的PEKK的生產廠商還局限于法國阿科瑪公司、印度Rallis公司等數個品牌商,中國也僅有一家企業榜上有名。
從全球范圍看,碳纖維增強熱塑性復合材料的研發和應用已經起步,但是少數發達國家與大多數發展中國家之間的差距依然很大。目前,有關碳纖維增強熱塑性復合材料的制備及鋪放技術主要掌握在美、德、荷、日等發達國家手中,尤其是被日本帝人、美國赫氏和杜邦、德國贏創、荷蘭帝斯曼、法國阿柯瑪、比利時蘇威等國際化工材料巨頭所壟斷。
并且,發達國家在相關的預浸料及制品制造技術方面已經逐步實現量產化,而國內僅有少數幾個企業涉足,大型的龍頭型企業的關注點仍在碳纖維原絲的生產方面,至于下游的應用,尚未得到細化和深入。
預計明年聯合復合材料制備的機械商,建立連續碳纖維增強熱塑性復材預浸帶及制品的生產線,這對縮小連續碳纖維增強高端熱塑性復合材料產品技術上的差距有積極的影響。