隨著時代的發(fā)展與科技的進步,普通金屬材料逐漸難以滿足人們的需求。汽車輕量化、載人航空航天等無不促使著我們加快探索新材料的腳步。由此連續(xù)纖維增強熱塑復(fù)合材料和熱固復(fù)合材料的成功問世解決了人們對于材料的特殊需求,為了打破國外技術(shù)壁壘,積極投身于種復(fù)合材料的研發(fā)當中,取得了不錯的成果。復(fù)合材料顧名思義就是把不同材料按照一定的比例進行混合,從而使材料獲得我們所需要的特性。
說到復(fù)合材料,就必須提到“預(yù)浸料(預(yù)浸帶)“了。預(yù)浸料俗稱模塑料,是用樹脂在嚴格控制條件下浸漬連續(xù)纖維及其織物而制成的組合體,是制造復(fù)合材料的中間體。根據(jù)選用樹脂的種類可以分為熱塑性預(yù)浸料和熱固性預(yù)浸料根據(jù)選用樹脂的類型分為:環(huán)氧預(yù)浸料、聚酰胺預(yù)浸料、酚醛預(yù)浸料、氰酸酯預(yù)浸料、聚砜預(yù)浸料、聚醚預(yù)浸料等;根據(jù)增強材料類型分為:碳纖維預(yù)浸料、玻璃纖維預(yù)浸料、芳綸纖維預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料、硼纖維預(yù)浸料等:根據(jù)增強材料結(jié)構(gòu)型式可分為:單向纖維預(yù)浸、短切纖維預(yù)浸料、織物預(yù)浸料等。
熱塑性與熱固性預(yù)浸料的區(qū)別
熱塑性預(yù)浸料是復(fù)合材料增強材料（玻璃纖維，碳纖維，芳綸等），已預(yù)先浸漬了熱塑性樹脂。用于熱塑性預(yù)浸料的常見樹脂包括PP，PET，PE，PPS和PEEK。熱塑性預(yù)浸料可以單向膠帶或編織或縫合的織物的形式提供。熱固性預(yù)浸料和熱塑性預(yù)浸料之間的主要區(qū)別在于，熱塑性預(yù)浸料在室溫下是穩(wěn)定的，并且通常沒有保存期限。這是熱固性樹脂和熱塑性樹脂之間差異的直接結(jié)果。
預(yù)浸料復(fù)合材料制造中更常用的是熱固性預(yù)浸料。使用的主要樹脂基質(zhì)是環(huán)氧樹脂。將其他熱固性樹脂制成預(yù)浸料，包括BMI和酚醛樹脂。使用熱固性預(yù)浸料，熱固性樹脂從液體開始，并完全浸漬纖維增強材料。精確地從增強物中去除了多余的樹脂。同時，環(huán)氧樹脂經(jīng)歷部分固化，從而將樹脂的狀態(tài)從液體改變?yōu)楣腆w。這就是所謂的“ B階段”。在B階段，樹脂被部分固化并且通常發(fā)粘。當樹脂升高到高溫時，它通常會在完全硬化之前短暫回到液態(tài)。固化后，處于b階段的熱固性樹脂現(xiàn)已完全交聯(lián)。所制備的復(fù)合材料目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、風力發(fā)電、高鐵、汽車、漁具、賽艇等領(lǐng)域。說完預(yù)浸料,下面我們將介紹四種加工工藝。
復(fù)合材料制品加工工藝
熱壓罐成型:將預(yù)浸料按鋪層要求鋪放于模具上,并密封在真空袋中后放入熱壓罐中,經(jīng)過熱壓罐設(shè)備加溫、加壓,完成材料固化反應(yīng),使得預(yù)浸料胚件成為所需形狀且單面光滑的工藝手法。適合產(chǎn)量不大、面積或體積較大、型面復(fù)雜的構(gòu)建。
真空固化爐成型:原理類似熱壓罐成型,優(yōu)點是體積大,可生產(chǎn)更大滿級或體積的構(gòu)件,也可同時放入較多中小型構(gòu)件,使得單個產(chǎn)品的成型成本低。
高溫模壓成型:該工藝是將預(yù)浸料裁剪成所需的形狀或手工疊成所需造型,將胚料放入模具中,經(jīng)加溫、加壓成型復(fù)合材料制品。
感應(yīng)加熱成型:該工藝是通過熱源直接接觸模具,使得模具快速升溫,達到成型固化條件。原理類似于高溫模壓工藝,但不受模壓設(shè)備尺寸限制,可制作大型的尺寸精度要求較高的構(gòu)件。
預(yù)浸料應(yīng)用領(lǐng)域
熱固性樹脂技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，是目前預(yù)浸料主流的基體樹脂，隨著高性能碳纖維品種與質(zhì)量的突破，以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計制造技術(shù)的提高，特別是國產(chǎn)大飛機產(chǎn)業(yè)的形成，高端預(yù)浸料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用必將會有大幅度提升，航空領(lǐng)域預(yù)浸料的供應(yīng)將會面臨供不應(yīng)求的局面。
目前我國預(yù)浸料行業(yè)還處于成長階段，行業(yè)還有較大的增長空間，隨著我國新材料進入由大到強轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期，逐步實現(xiàn)進口替代，我國預(yù)浸料產(chǎn)業(yè)將會保持穩(wěn)定增長。
在新能源領(lǐng)域，風電葉片、光伏多晶硅坩堝以及碳纖維纏繞氣瓶等多個相關(guān)次級市場對碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用已相對普及，并不斷通過技術(shù)進步增加其應(yīng)用比重，進而成為了帶動碳纖維需求快速增長的“壓艙石”。以氫能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展為例，諸如氫能汽車、氫能重卡、物流車甚至列車等的陸續(xù)下線，直接催生帶動了一大批的碳纖維車載纏繞氣瓶的需求。
在汽車領(lǐng)域，無論是傳統(tǒng)燃油汽車還是新能源汽車，車身、車架、傳動軸等重要部件都迫切需要新材料減重降耗，碳纖維是其中的最佳選擇之一，國內(nèi)外主流汽車廠商采用碳纖維復(fù)合材料的高端新車型越來越多，汽車領(lǐng)域?qū)︻A(yù)浸料市場需求將不斷增加。
預(yù)浸料技術(shù)發(fā)展趨勢
隨著航空航天的輕質(zhì)化、高速化，軌道交通的輕質(zhì)化、阻燃化，電子電器的高集成化的迅速發(fā)展，復(fù)合材料的阻燃性、力學性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性的要求越來越高，預(yù)浸料的要求也越來越嚴苛。未來，預(yù)浸料將往以下方向發(fā)展。
開發(fā)新型熱熔預(yù)浸料體系。預(yù)浸料的制備方法主要有兩種，即溶液浸漬法和熱熔膠膜法，目前以溶液浸漬法為主。溶液浸漬法是將纖維或織物經(jīng)過樹脂溶液浸漬后，將樹脂中的溶劑揮發(fā)掉，并使預(yù)浸料達到B階段的工藝；該法生產(chǎn)設(shè)備投入少，缺點是預(yù)浸料樹脂含量難以精確控制，大量溶劑揮發(fā)，形成環(huán)境污染。熱熔膠膜法是首先將熔融的樹脂制成均勻平整的膠膜，而后將膠膜與纖維或織物在一定溫度和壓力下進行復(fù)合浸漬，得到合格預(yù)浸料；此工藝優(yōu)點是樹脂含量控制精確、揮發(fā)份少，無環(huán)境污染。為此，開發(fā)新型熱熔預(yù)浸料體系變得越來越迫切。
室溫長儲存期。為了降低先進復(fù)合材料的制造成本，除采用各式各樣的新技術(shù)外，一個重要方面是大力發(fā)展低溫低壓固化的樹脂體系。如果在不提高固化溫度的情況下延長樹脂及其預(yù)浸料室溫下的使用期，不但不用建立大型的冷藏設(shè)備，而且也不用對現(xiàn)有的制件成型設(shè)備進行改造。這將大幅降低先進復(fù)合材料在制造和使用中的儲存及工藝成本。
高性能化。“輕質(zhì)化、長壽命、高可靠、高效能、高隱身、高突防、低成本”是新一代飛行器的發(fā)展目標，對預(yù)浸料的輕質(zhì)高強、耐高溫、抗燒蝕性、高力學強度、高介電性能、可設(shè)計性等提出了越來越高的要求。同時，電子產(chǎn)品向著高速化、高頻化方向不斷發(fā)展，同時對可靠性的要求也越來越高，對于覆銅板用預(yù)浸料，具有高耐熱性、優(yōu)異的介電性能已顯得越來越重要。
