网址:www.cnfrp.com 复材网 27
热塑性复合材料中的增强材料
近年来,以热塑性树脂为基体的纤维增强热塑性复合材
料发展迅猛,在世界范围内正掀起一股研究开发此类高性能
复合材料的高潮。热塑性复合材料是指以热塑性聚合物(如
聚乙、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮和聚醚醚
酮等为基体,以各种连续 / 不连续纤维(如碳纤维、玻璃纤维、
芳纶纤维等)为增强材料而制成的复合材料。热塑性脂基复
合材料主要有长纤维增强粒料连续纤维增强预浸带 MT 和玻
璃纤维增强型热塑性复合材料。根据使用要求不同,树脂基
体有 PPE.PAPRT,PELPCPES,PEEKPI、PA 等热塑性工程塑料,
维种类包括玻璃干维西芳纤和硼维等一切可能的纤维品种。
随着热塑树脂基复合材科技术的断熟以及可回收用的发展,该品种的复会材料
发展较快欧美发达国家热上合料已占到树基复合材料总量的 30% 以上。
热塑性基体是一种热塑性材料,它具有良好的机械性能和耐热性,可以用
于制造各种工业用品。热塑性基体的特点是具有高强度、高耐热性和良好的耐
腐蚀性能。目前应用到航空领域的热塑性树脂主要是耐高温、高性能的树脂基
体,包括 PEEK、PPS 和 PEI。其中,无定形的 PEI 由于具有更低的加工温度
及加工成本,比半结晶的 PPS 及高成型温度的 PEEK 在飞机结构上的应用更多。
热塑性树脂具有更好的力学性能和化学耐腐蚀性、更高的使用温度、高比强度
和硬度、优异的断裂韧性和损伤容限、优良的耐疲劳性能、能够模塑成型复杂
几何形状和结构、可调的导热性、可回收性、在恶劣环境的稳定性好、可重复
成型、可焊接和修补等特点。由热塑性树脂与增强材料组成的复合材料具有耐
久性、高韧性、高抗冲击和损伤容限;纤维预浸料不必再低温存放,无限预浸
料存储期;成型周期短、可焊接、生产效率高、易修复;废品可回收再利用;
产品设计自由度大,可制成复杂形状、成型适应性广等众多优点。热塑性复合
材料性能不仅取决于树脂、增强纤维的性能,还与纤维的增强方式密切相关,
热塑性复合材料的纤维增强方式有短纤维增强、长纤维增强和连续纤维增强 3
种基本形式。一般来说,短纤维增强纤维的长度为 0.2~0.6mm,由于大多数
料发展迅猛,在世界范围内正掀起一股研究开发此类高性能
复合材料的高潮。热塑性复合材料是指以热塑性聚合物(如
聚乙、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮和聚醚醚
酮等为基体,以各种连续 / 不连续纤维(如碳纤维、玻璃纤维、
纤维的直径小于 70μm,所以短纤维看起来更像是粉末。短纤维增强热塑性塑料
一般将纤维混合到熔融热塑性塑料中制造。基质中的纤维长度和随机取向使得实
现良好的润湿相对容易,与长纤维和连续纤维增强材料相比,短纤维复合材料最
容易制造,但机械性能改善最小。短纤维复合材料倾向于通过模塑或挤出方法形
成最终部件,因为短纤维对流动性影响较小。长纤维增强复合材料的纤维长度一
般约 20mm,通常采用连续纤维浸润树脂后切割成一定的长度后制备。
一般使用的工艺是拉挤成型工艺,即通过特殊的成型模具拉伸纤维和热塑性
树脂混合的连续粗纱产生。目前,长纤维增强 PEEK 热塑性复合材料通过 FDM
打印成型的结构性能可达到 200MPa 以上,模量能够达到 20GPa 以上,通过注
塑成型性能会更好。连续纤维增强复合材料中的纤维是“连续的”,长度从几米
到几千米不等,连续纤维复合材料一般主要提供层压板、预浸带或编织物等,通
过用所需的热塑性基体浸渍连续纤维形成。纤维增强复合材料是由增强纤维材料,
如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,与基体材料经过缠绕,模压或拉挤等成型工
艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同,常见的纤维增强复合材料分为玻璃
纤维增强复合材料,碳纤维增强复合材料以及芳纶纤维增强复合材料。由于纤维
增强复合材料具有如下特点 :(1) 比强度高 , 比模量大 ;(2) 材料性能具有可设计
性 :(3) 抗腐蚀性和耐久性能好 ;(4) 热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得
FRP 材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作
发展的需要 , 同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求 , 因此被越来越广泛
地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
根据报告显示,预计全球热塑性复合材料市场规模将达到 626.2 亿美元到
2030 年,预测期内的复合年增长率为 7.8%。这一增长可归因于航空航天和汽车
行业不断增长的产品需求以及建筑行业的指数级增长。热塑性复合材料用于住宅
建筑、基础设施和供水设施的建设。性能像优异的强度,韧性,以及可回收和重
塑的能力,使热塑性复合材料成为建筑应用制造的理想选择。热塑性复合材料的
前景巨大,国内厂家也正在大力投资于研发,希望在今后大家的共同努力下,国
内复合材料技术可以位列国际领先地位。(来源:灵犀研究院)
芳纶纤维等)为增强材料而制成的复合材料。热塑性脂基复
合材料主要有长纤维增强粒料连续纤维增强预浸带 MT 和玻
璃纤维增强型热塑性复合材料。根据使用要求不同,树脂基
体有 PPE.PAPRT,PELPCPES,PEEKPI、PA 等热塑性工程塑料,
维种类包括玻璃干维西芳纤和硼维等一切可能的纤维品种。
随着热塑树脂基复合材科技术的断熟以及可回收用的发展,该品种的复会材料
酮等为基体,以各种连续 / 不连续纤维(如碳纤维、玻璃纤维、