【复材资讯】多途径攻克连续碳纤维热塑性单向预浸带制备难题

连续CF增强PEEK /PPS等高端热塑性复合材料在力学、轻量化、耐高温、耐腐蚀、耐磨以及使用寿命等方面都表现出令人瞩目的优势，相关的应用在近些年也得到了初步发展。连续CF增强PEEK /PPS单向预浸带的制备技术中，熔融浸渍工艺较为成熟，国内的碳纤维复合材料零部件制造商智上新材料力求开启高性能碳纤维零部件的新赛道，多方面优化传统的熔融浸渍工艺，运用新设备和新技术制备出的热塑性单向预浸带树脂含量可控，尺寸稳定性好，且质量性能稳定。

在单向预浸带的诸多制备工艺中，熔融浸渍工艺使用最为广泛，但是缺陷也是很明显的。例如，在实际生产中，连续碳纤维丝束与PEEK/PPS这类热塑性树脂之间很难充分熔融，浸渍程度不够理想，而且连续碳纤维丝束不可避免地会发生屈曲，这种屈曲容易导致丝束断裂损伤，进而影响到复合材料的使用性能。

熔融浸渍技术的优化主要体现在对连续碳纤维展开装置的改进和对浸渍模具的改进两方面，因为连续碳纤维展开程度对浸渍的均匀性有直接影响，而浸渍模具是控制浸渍均匀性、含胶量稳定性的关键。

展开装置的作用是将连续碳纤维放在纱架后，经过辊轮调节使其受力均匀地进入分丝系统，通过分丝系统的展开辊和预热后，充分展开后的连续碳纤维丝束再进入浸渍系统中，在高温高压下与熔融的PEEK或PPS树脂实现浸润。

浸渍模具的改进则集中于以下几种：一是对出料口的改进，例如通过螺旋挤出机实现对预浸料中树脂含量的控制，大幅度提高树脂对纤维的浸渍效果；二是在浸渍系统上开设减压口，以此来调节浸渍系统中熔融树脂的压力；三是设置多个树脂注入口，以提高浸渍效率和均匀性；四是使用多级十字头模具，实现浸渍系统对多根碳纤维同时浸渍，为预浸料批量化生产奠定基础。

国际市场上对连续CF增强PEEK/PPS单向预浸带（UD）的质量评价主要看预浸带中所含树脂的量能否精确可控，树脂能否充分穿透碳纤维丝束且均匀分布于其中，预浸带的孔隙率和剪切强度等指标能否达到理想值。

智上新材料科技通过理论与实践相结合，在频繁实验中了解预浸带在各个阶段粘度和结晶度的变化，找到传统工艺下预浸带性能不稳定的关键原因，多次改进展纱和浸渍系统。这些持续细微的改进不仅克服了树脂与增强体之间浸渍不均匀、耗能巨大等显性问题，还可以精确控制增强体和基体的比例，最终实现了对预浸带空隙率、尺寸稳定性以及含胶量的控制，制备出满足不同需求的连续CF增强PEEK/PPS单向预浸带（UD）。

来源：碳纤维研习社

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