預浸料是由一種或者幾種樹脂基體浸漬連續纖維或織物制成的組合物,是復合材料由原料向制品過渡的中間材料,主要分為單向纖維預浸料、織物纖維預浸料和混合纖維預浸料等形式。將預浸料釆用相應的鋪層形式鋪在成型模具上,經過加熱熔融使得樹脂流動并與增強材料充分混合,冷卻固化后即可得到所需的熱塑性復合材料。
由于預浸料具有纖維成分比例可控、制備工藝種類多且成熟、使用方便等優點,難分散的纖維束如碳纖維等一般先制成預浸料,然后再制成復合材料。為了使制備復合材料過程中樹脂熔融和流動所需的能量最小化,預浸料中增強纖維應均勻分散于熱塑性基體中,從而減少聚合物的長距離流動。如何更好地浸潤纖維是熱塑性預浸料制作時面臨的主要挑戰,因此,選擇適合的浸漬方法和工藝參數是影響熱塑性預浸料性能的關鍵因素。
國內外研究機構開發了多種熱塑性預浸料制備工藝,目前主流的制備工藝按樹脂基體形態分為預浸漬法和后浸漬法(預混法)兩大類。預浸漬法是指基體以溶液或黏流態的形式充分浸潤增強纖維,經冷卻定型后得到預浸帶,可分為溶液浸漬法、熔融浸漬法及反應鏈增長浸漬法;后浸漬法的樹脂基體形態多樣,多以粉末、薄膜或者纖維為主,將樹脂與增強纖維混合后經高溫熔融浸漬得到預浸料,制備工藝可分為纖維混雜法、粉末浸漬法和薄膜疊層法,圖1(a),(b),(c)分別為纖維混雜浸漬、粉末浸漬和薄膜疊層法制備熱塑性預浸帶的原理圖,圖1(d)為單向纖維預浸帶示意圖。
連續纖維增強熱塑性復合材料(CFRTP)是指以熱塑性樹脂為基體,連續性纖維為增強材料,經過樹脂熔融浸漬、擠壓等工藝形成的輕質、高強度、高剛性、高韌性、可回收的新型熱塑性復合材料。
與熱固性復合材料相比,連續纖維增強熱塑性復合材料具有成型工藝簡單且周期短、原材料儲存不受限、可回收循環利用等優點,在航空航天,交通運輸,汽車工業,電子電氣,運動休閑等領域廣泛應用,成為近年來國內外復合材料企業研究和開發的熱點。
國外連續纖維增強熱塑性復合材料發展于20世紀70年代,目前在相關預浸料及制品制備技術上已發展成熟,國外行業龍頭企業已完成了高性能熱塑性復合材料的產業化生產。
塞拉尼斯
塞拉尼斯Celstran? CFR-TP 產品系列包括各種連續纖維增強熱塑性塑料 (CFR-TP),Celstran? CFR-TP 使用專利工藝實現高浸漬質量而不會損壞纖維,在塞拉尼斯熱塑性塑料的制造過程中,增強纖維的每根單絲都被充分潤濕,這些產品以連續片材形式作為卷材提供。
樹脂基體:可選用PPS、PEEK、PVDF、PBT/PET、PP、HDPE、PAA/PPA、POM、TPU 和其他材料
增強體:玻璃纖維、碳纖維或者芳綸纖維等
官網:https://www.celanese.com.cn/
塞拉尼斯Celstran? CFR-TP產品組合
東麗
東麗先進復合材料公司擁有40多年熱塑性復合材料創新經驗,其熱塑性高級輕質材料Cetex?具有出色的機械性能,耐用性和強度,有UD單向帶、織物預浸料和熱塑性層壓板等產品形式,應用于醫療、運動休閑、消費性電子、汽車和工業等市場。
樹脂基體:PEKK、LMPAEK、PEI、PPS、PEEK、PA6、PP、HDPE等
增強體:碳纖、玻纖、芳酰胺
官網:https://www.toraytac.com/
朗盛
朗盛的連續纖維增強熱塑性復合材料Tepex?dynalite系列產品,連續纖維結構與熱塑性聚合物完全固結,可提供最大的強度和剛度,典型的應用是工業和汽車應用以及體育用品,電子產品。
樹脂基體:PA 6、PA 6.6 、PA 12、PP、TPU、阻燃PC等,也可根據客戶要求,提供PPS、HDPE、PA11 和 PLA等熱塑性聚合物基材
增強體:碳纖維布、粗紗玻璃布、長絲玻璃布、碳纖維單向、單向粗紗玻璃布、單向粗紗玻璃布以及隨機玻璃亞光(無紡布)等
官網:https://lanxess.com/
朗盛Tepex連續纖維增強熱塑性復合材料應用于奔馳S級轎車高級自動化駕駛輔助系統中的電池托架
索爾維
索爾維的 Evolite 和 APC 預浸料具有出色的力學性能、生產周期短并可以循環使用,專為超輕型復合材料應用而設計,適合例如大批量汽車以及石油和天然氣應用。
Evolite?樹脂基體:PVDF(CF)、PPS 、PPA(CF/GF)等
APC?樹脂基體:PEEK、PEKK-FC(CF/GF)、PEI等
官網:https://www.solvay.com/zh-cn/
Evolite 和 APC 預浸料產品組合
帝斯曼
DSM基于Akulon,EcoPaXX和ForTii UD膠帶的復合材料是可行的輕質金屬替代品,這些具有連續碳纖維或玻璃纖維增強材料的聚酰胺基UD膠帶可用于汽車內部和外部應用。
樹脂基體:Akulon? PA6 、Akulon ? PA66、EcoPaXX? PA410、ForTii? Ace PPA
增強體:碳纖、玻纖
官網:https://www.dsm.com/
巴斯夫
巴斯夫從2013年10月開始,向客戶提供產品名稱為Ultracom?的產品,包括復合材料(熱塑性層壓板Ultralaminate?及單向預浸帶Ultratape?)以及用于包覆成型的聚合物Ultramid?(PA)。
樹脂基體:PA6
增強體:玻纖、碳纖
2019年8月,巴斯夫與東麗簽署協議,專注于為汽車和工業市場生產連續纖維增強熱塑性塑料(CFRT)膠帶。
官網:https://www.basf.com/
科思創
科思創Maezio? 熱塑性復合材料將高強度的碳纖維或玻璃纖維與熱塑性塑料強強結合,綜合了高品質的外觀、輕量化、高強度和多種加工方式以及可回收等優勢,能廣泛應用于汽車交通、電子電氣、運動休閑和消費品等領域。
樹脂基體:PC、TPU、PC/ABS等
增強體:玻纖/碳纖
官網:https://www.covestro.com/
科思創Maezio? 連續纖維增強熱塑性 (CFRTP) 復合材料應用于蔚來汽車輪轂
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