熱塑性復(fù)合材料是什么？

近年來，以熱塑性樹脂為基體的纖維增強熱塑性復(fù)合材料發(fā)展迅猛，在世界范圍內(nèi)正掀起一股研究開發(fā)此類高性能復(fù)合材料的高潮。熱塑性復(fù)合材料是指以熱塑性聚合物（如聚乙（PE）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亞胺（PEI）、聚醚酮酮（PEKK）和聚醚醚酮（PEEK）等為基體，以各種連續(xù)/不連續(xù)纖維（如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等）為增強材料而制成的復(fù)合材料。

熱塑性脂基復(fù)合材料主要有長纖維增強粒料（LFT）連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶MT和玻璃纖維增強型熱塑性復(fù)合材料（CMT）。根據(jù)使用要求不同，樹脂基體有PPE.PAPRT，PELPCPES，PEEKPI、PA等熱塑性工程塑料，維種類包括玻璃干維西芳纖和硼維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑樹脂基復(fù)合材科技術(shù)的斷熟以及可回收用的發(fā)展，該品種的復(fù)會材料發(fā)展較快歐美發(fā)達(dá)國家熱上合料已占到樹基復(fù)合材料總量的30%以上。

熱塑性基體

熱塑性基體是一種熱塑性材料，它具有良好的機械性能和耐熱性，可以用于制造各種工業(yè)用品。熱塑性基體的特點是具有高強度、高耐熱性和良好的耐腐蝕性能。

目前應(yīng)用到航空領(lǐng)域的熱塑性樹脂主要是耐高溫、高性能的樹脂基體，包括PEEK、PPS 和 PEI。其中，無定形的PEI 由于具有更低的加工溫度及加工成本，比半結(jié)晶的 PPS 及高成型溫度的PEEK在飛機結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用更多。  

熱塑性樹脂具有更好的力學(xué)性能和化學(xué)耐腐蝕性、更高的使用溫度、高比強度和硬度、優(yōu)異的斷裂韌性和損傷容限、優(yōu)良的耐疲勞性能、能夠模塑成型復(fù)雜幾何形狀和結(jié)構(gòu)、可調(diào)的導(dǎo)熱性、可回收性、在惡劣環(huán)境的穩(wěn)定性好、可重復(fù)成型、可焊接和修補等特點。

由熱塑性樹脂與增強材料組成的復(fù)合材料具有耐久性、高韌性、高抗沖擊和損傷容限；纖維預(yù)浸料不必再低溫存放，無限預(yù)浸料存儲期；成型周期短、可焊接、生產(chǎn)效率高、易修復(fù)；廢品可回收再利用；產(chǎn)品設(shè)計自由度大，可制成復(fù)雜形狀、成型適應(yīng)性廣等眾多優(yōu)點。

增強材料

熱塑性復(fù)合材料性能不僅取決于樹脂、增強纖維的性能，還與纖維的增強方式密切相關(guān)，熱塑性復(fù)合材料的纖維增強方式有短纖維增強、長纖維增強和連續(xù)纖維增強3種基本形式。

一般來說，短纖維增強纖維的長度為 0.2~0.6mm，由于大多數(shù)纖維的直徑小于70μm，所以短纖維看起來更像是粉末。短纖維增強熱塑性塑料一般將纖維混合到熔融熱塑性塑料中制造。基質(zhì)中的纖維長度和隨機取向使得實現(xiàn)良好的潤濕相對容易，與長纖維和連續(xù)纖維增強材料相比，短纖維復(fù)合材料最容易制造，但機械性能改善最小。短纖維復(fù)合材料傾向于通過模塑或擠出方法形成最終部件，因為短纖維對流動性影響較小。

長纖維增強復(fù)合材料的纖維長度一般約20mm，通常采用連續(xù)纖維浸潤樹脂后切割成一定的長度后制備。一般使用的工藝是拉擠成型工藝，即通過特殊的成型模具拉伸纖維和熱塑性樹脂混合的連續(xù)粗紗產(chǎn)生。目前，長纖維增強 PEEK 熱塑性復(fù)合材料通過 FDM 打印成型的結(jié)構(gòu)性能可達(dá)到 200MPa 以上 , 模量能夠達(dá)到20GPa以上，通過注塑成型性能會更好。

連續(xù)纖維增強復(fù)合材料中的纖維是“連續(xù)的”，長度從幾米到幾千米不等，連續(xù)纖維復(fù)合材料一般主要提供層壓板、預(yù)浸帶或編織物等，通過用所需的熱塑性基體浸漬連續(xù)纖維形成。

用纖維增強過的復(fù)合材料有什么特點

纖維增強復(fù)合材料是由增強纖維材料，如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，與基體材料經(jīng)過纏繞，模壓或拉擠等成型工藝而形成的復(fù)合材料。根據(jù)增強材料的不同，常見的纖維增強復(fù)合材料分為玻璃纖維增強復(fù)合材料(GFRP)，碳纖維增強復(fù)合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強復(fù)合材料(AFRP)。       

由于纖維增強復(fù)合材料具有如下特點:(1)比強度高,比模量大;(2)材料性能具有可設(shè)計性:(3)抗腐蝕性和耐久性能好;(4)熱膨脹系數(shù)與混凝土的相近。這些特點使得FRP材料能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、輕質(zhì)高強以及在惡劣條件下工作發(fā)展的需要,同時也能滿足現(xiàn)代建筑施工工業(yè)化發(fā)展的要求,因此被越來越廣泛地應(yīng)用于各種民用建筑、橋梁、公路、海洋、水工結(jié)構(gòu)以及地下結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中。

熱塑性復(fù)合材料發(fā)展前景大

根據(jù)報告顯示，預(yù)計全球熱塑性復(fù)合材料市場規(guī)模將達(dá)到626.2億美元到2030年，預(yù)測期內(nèi)的復(fù)合年增長率為7.8%。這一增長可歸因于航空航天和汽車行業(yè)不斷增長的產(chǎn)品需求以及建筑行業(yè)的指數(shù)級增長。熱塑性復(fù)合材料用于住宅建筑、基礎(chǔ)設(shè)施和供水設(shè)施的建設(shè)。性能像優(yōu)異的強度，韌性，以及可回收和重塑的能力，使熱塑性復(fù)合材料成為建筑應(yīng)用制造的理想選擇。

熱塑性復(fù)合材料也將用于生產(chǎn)儲罐、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、窗框、電線桿、欄桿、管道、面板和門。汽車行業(yè)是關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域之一。制造商正專注于提高燃油效率，為此，他們正在用輕質(zhì)熱塑性復(fù)合材料取代金屬和鋼材。例如，碳纖維的重量是鋼的五分之一，因此，它有助于減輕車輛的整體重量。據(jù)歐盟委員會稱，到2024年，汽車的碳排放上限目標(biāo)將從每公里130克提高到每公里95克，預(yù)計這將增加汽車制造業(yè)對熱塑性復(fù)合材料的需求。

熱塑性復(fù)合材料的前景巨大，國內(nèi)廠家也正在大力投資于研發(fā)，希望在今后大家的共同努力下，國內(nèi)復(fù)合材料技術(shù)可以位列國際領(lǐng)先地位。