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碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)的發(fā)展為何比較遲緩？
從上世紀(jì)末開始，碳纖維成為先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用的關(guān)鍵詞之一，隨著國(guó)內(nèi)碳纖維原材料生產(chǎn)技術(shù)逐步?jīng)_破國(guó)際技術(shù)封鎖，先后實(shí)現(xiàn)了T300、T700等型號(hào)的碳纖維原絲批量生產(chǎn)能力，隨之得到快速發(fā)展的是熱固性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，特別是以環(huán)氧樹脂基為主的碳纖維復(fù)合材料。相對(duì)而言，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用則非常有限。碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)的發(fā)展為什么會(huì)比較遲緩呢？有以下幾個(gè)方面的原因。
首先，需求市場(chǎng)對(duì)熱塑性碳纖維復(fù)合材料的認(rèn)識(shí)不夠全面，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)沒有得到充分重視，從而影響到市場(chǎng)需求量的正常增長(zhǎng)。一般認(rèn)為，熱塑性聚合物在使用溫度、力學(xué)性能、耐蠕變和老化性能等方面不及熱固性聚合物。
事實(shí)上，熱固性碳纖維復(fù)合材料也并非沒有缺點(diǎn)，其存在著成型周期長(zhǎng)、沖擊韌性差、預(yù)浸料存放時(shí)間短、不能重復(fù)使用、局部損傷難于修復(fù)等一系列弱點(diǎn)。與熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無(wú)限預(yù)浸料存儲(chǔ)期、成型周期短、生產(chǎn)效率高、易修復(fù)等顯著優(yōu)勢(shì)。
熱塑性碳纖維復(fù)合材料的利用價(jià)值沒有得到充分認(rèn)識(shí)和開發(fā)，直接影響到了市場(chǎng)需求量的產(chǎn)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(nèi)，從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
其次，熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)技術(shù)要求高，在一定程度上限制了一些技術(shù)水平和生產(chǎn)能力不夠的企業(yè)進(jìn)入。
大多數(shù)熱塑性樹脂在熔融溫度下黏度較高，無(wú)法很好地浸漬纖維織物，因此，熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料預(yù)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(rùn)問(wèn)題，遑論其它。較為常用的熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸工藝是熔融法，其基本工序包括纖維引絲、展絲、預(yù)熱、浸漬、冷卻、收卷等。
采用熔融法制備熱塑性碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料時(shí)也必須解決樹脂黏度大、浸漬時(shí)間短所造成的中空干斑、纖維需要得到良好且無(wú)損分散等問(wèn)題。
再者，原材料成本高，導(dǎo)致下游應(yīng)用需求遭到扼制。碳纖維原絲價(jià)格不菲，高端的熱塑性樹脂價(jià)格也是普通的環(huán)氧樹脂的數(shù)十倍，再加上制作技術(shù)要求高，種種因素的疊加，導(dǎo)致了熱塑性碳纖維復(fù)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(fù)合材料制品價(jià)格令人望而生畏。
另一方面，國(guó)內(nèi)使用的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要還是依靠進(jìn)口，國(guó)外的高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料供應(yīng)則被壟斷，這些公司具有供應(yīng)各個(gè)系列的玻璃纖維/碳纖維增強(qiáng)PEI、PPS和PEEK熱塑性預(yù)浸料的能力，被壟斷后的預(yù)浸料價(jià)格自然是居高不下。
最后，國(guó)內(nèi)有關(guān)熱塑性碳纖維復(fù)合材料方面的科研成果轉(zhuǎn)化之路并不順利，國(guó)內(nèi)對(duì)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的制備和研究有一定的基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在很大的差距，加上后續(xù)工作的連續(xù)性不強(qiáng)，導(dǎo)致目前我國(guó)仍缺乏材料制備和結(jié)構(gòu)成型相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備。
但是，技術(shù)比較成熟的還是以玻璃纖維增強(qiáng)工程熱塑性樹脂預(yù)浸料產(chǎn)品為主，少數(shù)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料產(chǎn)品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質(zhì)量偏低、品種單一等問(wèn)題，從科研成果向規(guī)模化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化還有相當(dāng)大的距離。
不過(guò)，隨著航空制造、汽車、電子電器、高端醫(yī)療設(shè)備、智能化機(jī)械等行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的市場(chǎng)需求逐步顯示出巨大的發(fā)展空間，我們也欣喜地看到民營(yíng)企業(yè)率先走出了以研發(fā)引導(dǎo)市場(chǎng)的第一步，“我們自主研發(fā)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造設(shè)備可以批量化供應(yīng)碳纖維增強(qiáng)PEEK、PI、PPS等一系列高性能熱塑性碳纖維復(fù)合材料制品，以一款骨外科醫(yī)療用的碳纖維PEEK零部件產(chǎn)品為例，我們能比同類進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格低30%以上”，正如產(chǎn)品研發(fā)組長(zhǎng)所說(shuō)，當(dāng)技術(shù)質(zhì)量達(dá)到了要求，當(dāng)價(jià)格成本降到了市場(chǎng)能接受的范圍，當(dāng)科研成果很好地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，國(guó)內(nèi)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料發(fā)展將實(shí)現(xiàn)新的飛躍。
