連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料

　　

　　隨著工業(yè)制造技術(shù)和塑料改性技術(shù)的不斷發(fā)展，以塑代鋼已經(jīng)在汽車制造、移動辦公以及家居行業(yè)中形成一種趨勢，許多傳統(tǒng)的金屬部件，逐漸被高性能的塑料所替代。 連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料由于輕質(zhì)、高剛度、高韌性等特性，在汽車工業(yè)，航空航天，軍工，電子等諸多領(lǐng)域已經(jīng)普及，具有極大的市場應(yīng)用空間。

　　

　　連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）是指以熱塑性樹脂為基體，連續(xù)性纖維為增強材料，經(jīng)過樹脂熔融浸漬、擠壓等工藝形成的輕質(zhì)、高強度、高剛性、高韌性、可回收的新型熱塑性復(fù)合材料。

　　

　　

　　

　　國內(nèi)連續(xù)纖維增強高性能熱塑性復(fù)合材料起步較晚，但發(fā)展速度較快，目前國內(nèi)企業(yè)已掌握了連續(xù)玻纖增強熱塑性單向帶、層合板、蜂窩板產(chǎn)品的技術(shù)核心，并在國內(nèi)已經(jīng)大批量的應(yīng)用于管道、軌道交通、商用車輕量化等領(lǐng)域。

　　

　　此外，在以連續(xù)碳纖維和芳綸纖維等作為增強材料的先進(jìn)熱塑性復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用方面也取得了一定的進(jìn)展，全國產(chǎn)化正在加快進(jìn)程。

　　

　　航空

　　

　　根據(jù)波音公司的 2020-2039 年商業(yè)市場展望，到2039年，全球?qū)⒂?8,400架商用飛機飛行，比2019 增加22,500 架。與此同時，航空公司正在加快舊飛機的更換周期，以提高機隊的效率和可持續(xù)性。 熱塑性復(fù)合材料可以幫助航空航天制造商滿足這種迅速增長的需求。

　　

　　航天航空領(lǐng)域一般采用高性能的碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維作為其增強材料，使用PEEK、PPS、PES作為樹脂基，一般使用在耐熱不超過425℃的部件。由于這些熱塑性樹脂具有良好的耐溫性，使得其成為熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域異常活躍的研究開發(fā)熱點。

　　

　

　　

　　METEOR項目聯(lián)盟優(yōu)化熱塑性預(yù)浸料生產(chǎn)，實現(xiàn)CFRTP在航空結(jié)構(gòu)上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。METEOR的任務(wù)是確定、開發(fā)和優(yōu)化價值鏈的所有步驟，從而降低預(yù)浸料制造的成本和能源，繼而實現(xiàn)碳纖維增強熱塑性塑料（CFRTP）在工業(yè)規(guī)模的航空結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，據(jù)說這是一個有待開發(fā)的空間。該項目的各個階段包括聚醚酮酮（PEKK）的合成和微粉化、各種纖維增強材料的浸漬、懸垂和固結(jié)OOA等。

　　

　　作為空中客車30多年來的頂級供應(yīng)商，Teijin為空中客車提供了Tenax碳纖維，用于各種飛機家族。2014年5月，Tenax TPCL被列入空客公司的合格產(chǎn)品名單，成為全球首個在空客飛機主要結(jié)構(gòu)部件中使用碳纖維增強熱塑性塑料（CFRTP）的公司。Tenax TPCL采用高沖擊、耐熱、耐化學(xué)聚醚酮（PEEK）熱塑性樹脂制成的碳纖維復(fù)合材料，由德國Teijin carbon Europe提供。

　　

　　消費類電子

　　

　　筆記本電腦是一種小型化、移動便攜設(shè)備，隨著技術(shù)更迭，輕薄化成為筆電發(fā)展的重要趨勢。外殼是筆記本電腦機體的保護(hù)結(jié)構(gòu)，同時也影響著筆電的散熱、美觀及重量。

　　

　　質(zhì)輕高強，加工性能好的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料可滿足筆電輕薄化結(jié)構(gòu)要求，片材的性能可根據(jù)帶材層疊設(shè)計調(diào)節(jié)，通過模壓+注塑設(shè)計功能集成，實現(xiàn)具有成本效益的批量加工。

　　

　　除了筆記本電腦外，CFRTP材料在手機、平板等電子產(chǎn)品外殼上廣泛應(yīng)用。

　　

　　

　　

　　東麗碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于多款筆記本電腦外殼。早在2013年，索尼就與TORAY合作，采用單向碳纖維復(fù)合材料打造輕薄的筆電外殼，推出多款碳纖維復(fù)合材料外殼的筆電產(chǎn)品，比如近兩年的、VAIO SX14，以及世界首款立體成型碳纖維機身的筆記本電腦——VAIO? Z等。

　　

　　科思創(chuàng)開發(fā)出連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料電腦外殼。科思創(chuàng)Maezio?連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料綜合了高品質(zhì)的外觀、輕量化、高強度和多種加工方式以及可回收等優(yōu)勢，能廣泛應(yīng)用于汽車交通、電子電氣、運動休閑和消費品等領(lǐng)域。

　　

　　由Maezio?制成的筆記本電腦外殼與傳統(tǒng)鋁鎂合金相比，可以減輕15%左右，與金屬材料相比，復(fù)合材料外殼具有類似的良好彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。

　　

　　朗盛Tepex連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用于筆電、平板及手機外殼。朗盛Tepex連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料在IT行業(yè)的典型應(yīng)用包括筆記本電腦、平板電腦和智能手機的蓋子。朗盛還通過可重復(fù)使用的聚碳酸酯水瓶的回收物開發(fā)新系列的Tepex材料，應(yīng)用于筆電等消費電子產(chǎn)品外殼。

　　

　　汽車零部件

　　

　　隨著節(jié)能減排要求的提高以及汽車電動化的加速，汽車輕量化成為汽車行業(yè)的發(fā)展潮流，推動著包括高強度鋼、鋁合金、工程塑料以及復(fù)合材料等在內(nèi)的輕量化材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　

　　CFRTP在汽車輕量化設(shè)計中具有巨大的應(yīng)用潛力，可替代部分金屬材料和高端聚合物材料，應(yīng)用于座椅靠背、前端模塊、車門內(nèi)板、保險杠等車身結(jié)構(gòu)件、半結(jié)構(gòu)件上。

　　

　　在乘用車中應(yīng)用為：座椅及其骨架、車窗導(dǎo)槽、門內(nèi)板、保險杠支架、發(fā)動機罩、前端托架、腳踏板、儀表板骨架、導(dǎo)流板、車廂底板、備胎箱、蓄電池托架、汽車進(jìn)氣歧管。國內(nèi)汽車中帕薩特、POLO、寶來、奧迪A6、高爾夫、別克凱越、別克GL8商務(wù)車等車型已采用大量高性能FRTP零部件，其中大部分采用了GMT或者LFT。

　　

　

　　

　　梅賽德斯-奔馳S級轎車上的負(fù)載艙。朗盛Tepex dynalite連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料的一項新應(yīng)用是制造安裝在梅賽德斯-奔馳S級轎車上的負(fù)載艙，用于容納 48V 車載電源電池。這種復(fù)合材料部件能夠承受高機械應(yīng)力，并且比同類金屬板部件輕30%左右，可以防止電池在發(fā)生碰撞時穿透或損壞凹槽壁，同時確保負(fù)載艙的密封性。

　　

　　東風(fēng)汽車輕型卡車工具箱。SABIC與中國主要貨車制造商東風(fēng)汽車合作，開發(fā)出一種用于生產(chǎn)堅固而且輕量化的車載工具箱新型復(fù)合塑料混合解決方案。該應(yīng)用混合了SABIC的 STAMAX? 長玻纖聚丙烯樹脂和一種連續(xù)玻纖復(fù)合層壓嵌件，采用雙色注塑工藝生產(chǎn)。與類似設(shè)計的鋼制零件相比，采用該方案生產(chǎn)的成品零件重量減輕了30%，并有效提高了東風(fēng)汽車的生產(chǎn)效率。

　　

　　鞋材

　　

　　CFRTP具有高強度、輕量化、出色的抗扭轉(zhuǎn)性、高穩(wěn)定性，可用于鞋子中底、中足支撐片及鞋頭。

　　

　　目前耐克喬丹系列是連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料的忠實用戶，其中喬丹11到13代籃球鞋均采用美國PMC公司生產(chǎn)的碳玻混編熱塑性碳板作為足弓支撐板，其中喬丹11代截止目前依舊是全球銷量最好運動鞋之一，使得越來越多的籃球愛好者了解了碳板。

　　

　　

　　

　　科思創(chuàng)攜手安踏開發(fā)出高性能運動鞋。國產(chǎn)運動品牌安踏發(fā)布了克萊·湯普森系列簽名鞋的最新成員——KT6。這款標(biāo)志性的籃球鞋搭載了多種材料技術(shù)， 包括由科思創(chuàng)Maezio ?碳纖維復(fù)合材料制成的碳纖維抗扭和力傳導(dǎo)模塊。

　　

　　Maezio ?連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料可為包括運動鞋在內(nèi)的眾多行業(yè)帶來高性能保障。由于其輕量化及高強度的特點，可應(yīng)用于運動鞋的中底、鞋頭和支撐片，帶來出色的剛性而不會增加過多重量。其中，支撐片是鞋子的支撐結(jié)構(gòu)，位于中足位置，主要用于增強抗扭。