從熱固性到熱塑性——國內碳纖維應用的轉折點

08-13

熱塑性碳纖維增強複合材料除了在密度低、比強度、比剛度、耐腐蝕、可設計性等方面與熱固性碳纖維增強複合材料具有同等優勢外，更具有預浸料無限存儲期、生產效率高、廢料可再生利用等特殊優勢，更適合於現代化工業大生產的高要求。

從1983年英國ICI公司首次開發出高性能熱塑性纖維複合材料APC-2（即碳纖維增強聚醚醚酮複合材料）開始，時至今日已有三十多年。雖然熱固性碳纖維複合材料的應用種類和市場在不斷擴大，但是國內的熱塑性碳纖維複合材料發展卻過於遲緩，這不僅是因為我們剛剛打破了國外對碳纖維生產技術的封鎖，普通的熱固性碳纖維複合材料的應用仍處於起步階段，更因為熱塑性碳纖維複合材料的預浸料生產技術和製造工藝要求都比較高，一般的碳纖維下游企業尚未有能力或者不敢貿然涉入。

相對於熱塑性碳纖維複合材料，熱固性碳纖維複合材料因為積澱了一定的經驗，並順應需求衍生出一系列不同的複合材料體系。可以說，從預浸料供應到生產設備，再到應用市場都已經相對成熟。而熱塑性碳纖維複合材料從生產設備到製造工藝都沒有現成的儲備可以利用，一切都要自己從頭摸索。

雖然障礙重重，但是市場對熱塑性碳纖維複合材料的客觀需求促使國內碳纖維下游企業放眼未來，通過熱塑性碳纖維複合材料的開發和利用開闢出碳纖維應用的新途徑。無錫智上新材料科技有限公司在多年的熱固性碳纖維複合材料的應用基礎上，開始向高性能熱塑性碳纖維複合材料勇敢地邁出了前進的步伐。

「國內做熱塑複合材料的企業也有一些，但是多集中在PPS、尼龍等普通工程塑料方面，缺乏對高性能熱塑性樹脂的開發性利用」，談到企業的最新產品定位，無錫智上新材的總經理楊正說，「當前國內對熱塑性碳纖維複合材料的需求都還是靠進口來滿足，我們必須儘快掌握相關技術，只有徹底打破對國外產品的依賴，碳纖維的價值才能真正為我們所利用」。

據其介紹，熱固性碳纖維複合材料無論是性能方面還是成本和生產效率方面都不能完全滿足市場的需求。例如，航空產品結構件需要較高的損傷容限，環氧樹脂等熱固性樹脂基體的許用應變值（GIC值)很低，要有效減輕結構重量，充分發揮出複合材料的優越性，許用應變值必須得到大幅度提高。高性能的熱塑性樹脂如聚醚醚酮的GIC值約為環氧樹脂的十倍，而且熱塑性樹脂對碳纖維有更好的粘附性，本身的吸濕性更低，耐高溫性更好。因而，碳纖維增強的peek複合材料不僅被飛機用作結構材料，更被廣泛用於骨外科固定支架等醫療器械中。

目前，熱塑性碳纖維複合材料的應用市場主要在航天航空、汽車、工業製造、電子電器、醫療器械等領域，對整個複合材料市場來說佔有份額還非常小，大規模應用的局面尚未形成。但是從長期的角度看，從熱固性到熱塑性標誌著國內碳纖維應用走上了新的高度。隨著熱塑性碳纖維複合材料在成型工藝和應用技術方面的不斷提升，市場對熱塑性碳纖維複合材料的需求將遠遠超過熱固性碳纖維複合材料。