碳纤维增强热塑性复合材料的国产化之路

随着应用市场的不断扩展，热固性树脂基碳纤维复合材料逐渐显现出自身的局限性，其在耐磨、耐高温等方面无法完全满足高端应用需求。在此情况下，热塑性树脂基碳纤维复合材料的地位逐渐上升，成为先进复合材料的新兴力量。近年来，国产碳纤维技术取得了突飞猛进的发展，热塑性碳纤维复合材料的应用技术也随之得到了进一步推动。

在碳纤维下游企业中，无锡智上新材在连续碳纤维增强热塑性预浸料方面的探索可以说是碳纤维热塑性复合材料国产化之路的一个缩影，它生动演示出热塑性碳纤维应用的三种趋势：

一是从粉末碳纤维增强向连续碳纤维增强形式发展：

碳纤维热塑性复合材料按增强纤维的形式可分为粉末碳纤维、短切碳纤维、单向连续碳纤维和织物碳纤维增强等不同种类。复合材料在遇到弯曲或剪切破坏时存在纤维从基体中拔出的过程，增强纤维越长，在拔出时吸收的外加载荷所提供的能量就越多，复合材料的整体强度就越高。因此，相比于粉末或短切碳纤维增强热塑性复合材料，连续碳纤维增强热塑性复合材料具有更好的性能优势。国内应用最多的注塑成型工艺采用的还是粉末或短切碳纤维增强的形式，制品的性能存在一定的局限性，当使用连续碳纤维增强形式时，热塑性碳纤维复合材料将迎来更宽阔的应用空间。

不同的碳纤维增强形式

二是从低端热塑性树脂向中高端热塑性树脂基体发展：

热塑性树脂基体在熔融过程中表现出高黏度特征，这种高黏度树脂基体通常是难以充分浸润碳纤维材料的，而浸润程度与预浸料的性能表现密切相关。为了进一步提升浸润度，无锡智上新材采用了复合材料改性技术，并对原有的展纤装置和树脂挤出设备进行了改进，在延展碳纤维原丝丝束宽度的同时，增加树脂的持续挤出量，明显改善了热塑性树脂对碳纤维的浸润效果，有效保证了连续碳纤维增强热塑性预浸料的性能。成功地将连续碳纤维热塑性复合材料的树脂基体从PPS、PA这类低端热塑性树脂向PI、PEEK这些中高端树脂延伸。

连续碳纤维增强热塑性复合材料

三是从实验室手工制作向稳定量产化发展：

从实验室小量实验成功到车间稳定量产，这中间最为关键的是生产设备的设计与调整。连续碳纤维增强热塑性预浸料能否实现稳定量产，不仅要看日均产量，更重要的衡量标准是看预浸料的质量是否稳定，即看预浸料中树脂含量是否可控且比例合适，看预浸料中碳纤维是否分布均匀且浸润透彻，看预浸料是否表面光滑且尺寸精准。为了兼具“质”和“量”，无锡智上新材历经三载，经过成百上千次调整，才达到了稳定量产的最终目标。目前量产化的连续碳纤维增强热塑性预浸带宽幅可以达到40-60cm。

连续碳纤维增强热塑性单向预浸带

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