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据了解,在碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)中,使用热可塑性树脂(加热软化、冷却硬化)的“CFRTP”如今备受关注。CFRTP受到关注的最大原因是,该材料与使用热硬化性树脂(加热硬化)的CFRP相比,成形时间短,实用化门槛低*1。这些成型品的中间材料——预浸材(让碳纤维含浸树脂的片材或毡片)的工艺中采用了传统抄纸技术。这样做的原因是可以获得比原来更大的优点。那么,这种优点是什么呢? *1 加热后,树脂会变软,容易与碳纤维分离,因此CFRTP还具有容易回收再利用的特点。 答案是工序减少,可以降低生产成本。 采用抄纸技术之后可以获得的优点是,与以往的预浸材工艺相比,工序减少,便于降低生产成本采用基于抄纸技术的新工艺生产的预浸材。这种预浸材由碳纤维与热可塑性树脂纤维(以下称树脂纤维)缠绕交错形成无纺布状,外观及手感都与毛毡布料极为相似。王子控股开发的预浸材,为阿波制纸的预浸材。两家公司均打算利用造纸企业的核心技术——抄纸技术,来涉足作为轻量化材料备受期待的CFRP领域。碳纤维增强树脂基复合材料的优势分析碳纤维增强树脂基复合材料的优势分析 两公司开发的预浸材均为使用短纤维的类型*2。王子控股的预浸材由长12~13mm的碳纤维和树脂纤维组成。主要树脂材料为聚酯酰亚胺(PEI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)6。而阿波制纸的预浸材使用6mm长的碳纤维和树脂纤维。据该公司介绍,虽然树脂材料使用PP开发而成,但也可以使用PC或PA来制造。 *2 热硬化性树脂预浸材大多使用连续纤维(长纤维)。一般来说,虽然强度高于短纤维预浸材,但复杂形状成型性能较差。 新工艺的最大特点是只需将碳纤维和树脂纤维成型为无纺布(复合毡片)这一道工序,就能制成预浸材。而以往的工艺是首先将碳纤维均匀地分散在剥离纸或者网格中,再喷上粘合剂,使其成型为碳纤维毡片。然后再用树脂薄膜从两面夹住该碳纤维毡片,通过让树脂渗入碳纤维的空隙中(含浸),来获得预浸材。也就是说,需要成型工序与含浸两道工序。 如上所述,新工艺比老工艺少一道工序。由于各工序的内容不同,因此很难单纯进行比较,但工序减半之后,生产成本有望降低*3。 *3 但王子控股和阿波制纸都未透露新工艺具体能使生产成本降低多少。 新工艺的成型工序采用的是“湿式抄纸技术”。首先,将碳纤维和树脂纤维放入溶液中。然后一边加入起粘合作用的粘合剂等一边搅拌,使两种纤维均匀分散在溶液中。最后再对其抄制除去水分,这样便可形成碳纤维和树脂纤维均匀缠绕交错的预浸材(图3)。 新型预浸材可通过放入模具后进行热压来成型。树脂会在模具内融化,并在包围碳纤维的状态下硬化。除了CFRP的优点——重量轻、强度高之外,还因为采用了短纤维而具备成型自由度高的特点。 虽然CFRP已在飞机等部分领域实现实用化,但还谈不上广泛普及。要实现普及,能否被量产汽车采用将起到关键作用。虽然希望车辆实现轻量化的汽车行业对CFRP十分关注,但这种材料存在的课题是成本高。现行CFRP预浸材“每公斤高达5000~6000日元”(阿波制纸)。而汽车行业则要求每公斤至少降至2000~3000日元以下。供应方的成本与需求方的要求存在很大差距,所以供应方打算通过降低生产成本来消除这种差距。王子控股和阿波制纸的开发目的也在于此。