【科普知識】熱塑性碳纖維復合材料在國內為何發展緩慢 zund G3 M-2500-車輛圖形台中雷射雕刻－吳婕妤焦點新聞熱搜

　　從上世紀末開始，碳纖維成為先進復合材料應用的關鍵詞之一，隨著國內碳纖維原材料生產技術逐步沖破國際技術封鎖，先后實現了T300、T700等型號的碳纖維原絲批量生產能力，隨之得到快速發展的是熱固性碳纖維復合材料的應用，特別是以環氧樹脂基為主的碳纖維復合材料。

　　相對而言，熱塑性碳纖維復合材料的應用則非常有限。碳纖維增強熱塑性復合材料在國內的發展為什么會比較遲緩呢？筆者認為有以下幾個方面的原因。

　　首先，需求市場對熱塑性碳纖維復合材料的認識不夠全面，熱塑性碳纖維復合材料的優勢沒有得到充分重視，從而影響到市場需求量的正常增長。一般認為，熱塑性聚合物在使用溫度、力學性能、耐蠕變和老化性能等方面不及熱固性聚合物。

　　事實上，熱固性碳纖維復合材料也并非沒有缺點，其存在著成型周期長、沖擊韌性差、預浸料存放時間短、不能重復使用、局部損傷難于修復等一系列弱點。與熱固性樹脂基碳纖維復合材料相比，熱塑性碳纖維復合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無限預浸料存儲期、成型周期短、生產效率高、易修復等顯著優勢。

　　熱塑性碳纖維復合材料的利用價值沒有得到充分認識和開發，直接影響到了市場需求量的產生，極為有限的需求量都存在于航天航空等高端小范圍之內，從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復合材料的進一步發展和應用。

　　其次，熱塑性碳纖維復合材料制造技術技術要求高，在一定程度上限制了一些技術水平和生產能力不夠的企業進入。大多數熱塑性樹脂在熔融溫度下黏度較高，無法很好地浸漬纖維織物，因此，熱塑性樹脂基碳纖維復合材料預浸料的制備本身就存在很大的難度，不能解決熱塑性樹脂高黏度下的浸潤問題，遑論其它。

　　較為常用的熱塑性復合材料預浸工藝是熔融法，其基本工序包括纖維引絲、展絲、預熱、浸漬、冷卻、收卷等。采用熔融法制備熱塑性碳纖維復合材料預浸料時也必須解決樹脂黏度大、浸漬時間短所造成的中空干斑、纖維需要得到良好且無損分散等問題。

　　再者，原材料成本高，導致下游應用需求遭到扼制。碳纖維原絲價格不菲，高端的熱塑性樹脂價格也是普通的環氧樹脂的數十倍，再加上制作技術要求高，種種因素的疊加，導致了熱塑性碳纖維復合材料，特別是使用PEEK、PI這些高端的熱塑性樹脂為基體的碳纖維復合材料制品價格令人望而生畏。

　　另一方面，國內使用的碳纖維增強熱塑性復合材料主要還是依靠進口，國外的高性能熱塑性復合材料預浸料供應則被TenCate、Cytec、Ticona 等公司所壟斷，這些公司具有供應各個系列的玻璃纖維/碳纖維增強PEI、PPS和PEEK熱塑性預浸料的能力，被壟斷后的預浸料價格自然是居高不下。

　　后，國內有關熱塑性碳纖維復合材料方面的科研成果轉化之路并不順利，國內對熱塑性復合材料預浸料的制備和研究有一定的基礎，但與發達相比，仍存在很大的差距，加上后續工作的連續性不強，導致目前我國仍缺乏材料制備和結構成型相關的關鍵技術及設備。

　　北京航空航天大學、北京化工大學、浙江大學、華東理工大學、東華大學、中科院寧波材料所、哈爾濱玻璃鋼研究所、北京航空材料研究所等都或多或少地涉入此方面研究。

　　但是，技術比較成熟的還是以玻璃纖維增強工程熱塑性樹脂預浸料產品為主，少數的碳纖維增強熱塑性預浸料產品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質量偏低、品種單一等問題，從科研成果向規模化生產轉化還有相當大的距離。例如，北京航空材料研究院早在“九五”末就曾為某型號飛機研發出熱塑性碳纖維垂尾平板艙門，但是并沒有實現批量生產。

　　不過，隨著航空制造、汽車、電子電器、高端醫療設備、智能化機械等行業的快速發展，我國對碳纖維增強熱塑性復合材料的市場需求逐步顯示出巨大的發展空間，我們也欣喜地看到以蘇州挪恩復合材料為首的民營企業率先走出了以研發引導市場的步。

　　“我們自主研發的熱塑性碳纖維復合材料制造設備可以批量化供應碳纖維增強PEEK、PPS等一系列高性能熱塑性碳纖維復合材料制品，以一款骨外科醫療用的碳纖維PEEK零部件產品為例，我們能比同類進口產品價格低30%以上”，正如蘇州挪恩的研發組長所說，當技術質量達到了要求，當價格成本降到了市場能接受的范圍，當科研成果很好地轉化為生產力，國內的熱塑性碳纖維復合材料發展將實現新的飛躍。

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