语言
关于智上产品中心新闻资讯联系我们
新闻动态NEWS

热塑性碳纤维复合材料行业解读

发表时间:2024-01-27 15:52:12  作者:碳纤维作者 阅读数:65

  “更好,更强,更稳定”是材料领域不变的法则,热塑性碳纤维复合材料就能够更好的提升纤维的性能,使其能够在更多的领域中得到应用。热塑性碳纤维跟热固性碳纤维一样,具有轻质、高强、耐腐蚀、抗蠕变等性能之外,还具有更高的材料韧性以及损伤容限,就可以应用到飞机等高端领域中的特殊场景中去。那本文我们就来看看关于热塑性碳纤维复合材料的知识。

热塑0.jpg

  这里我们来看看国内率先完成连续碳纤维热塑性复合材料生产厂家智上新材的技术经理来给大家带来关于热塑性碳纤维复材的全知识类解析。

  基本概念

  热塑性碳纤维也是碳纤维复合材料的一种,这里面还有短切、长切等,属于热塑性碳纤维的细分赛道,这种材料的研发耗时耗财,但它关系到国防实力,是国外对我们的卡脖子技术,所以研究该材料势在必行。先看看关于热塑性碳纤维的基本材料概念,很多人可能还不是很清楚。

  碳纤维复合材料是由碳纤维丝束作为增强体和树脂基体组成,通过树脂粘合碳纤维丝束从而达到更好的性能表现。

  传统的热固性树脂的粘接性比较好,所以整个的复材结构比较稳定,那热塑性碳纤维就是通过热塑性树脂作为增强体的复合材料,热塑性树脂由线性高分子聚合物组成,在一定的条件下发生溶解、熔融的时候只是发生物理变化,不同于热固性树脂的化学变化,这种物理变化,能够重新塑形,也就具备了可回收的性能优势。现阶段眼睛的热塑性树脂有聚酰胺(尼龙6)、聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK)等,其中聚醚醚酮树脂(PEEK)+碳纤维热塑性复合材料在众多领域中备受关注,整个的耐热性能更好,生物相容性更好,被誉为未来人形机器人的核心材料,也因为极其突出生物相容性能够在尖端医疗如骨科植入中带来新的希望,它不同于金属材料的冰冷感,还能够带来更好的舒适性。

  我们在进行热塑性碳纤维跟热塑性碳纤维对比中发现,整个的热塑性碳纤维复材带来的性能优势更高,不单纯是强度性能更好,热塑性碳纤维复材还具有非常好的加工和成型优势、还具备损伤容限高、介电常数高、储藏期无限制,具有优良的可循环性能、可循环利用、不污染环境的特点。下图就是有关于热塑性复材的可再生修复的图。

热塑1.jpg

  制备困难

  按理说,如此突出的热塑性碳纤维复材应该是大家哄抢的材料,然而该材料现如今的应用还不多,主要集中在航空飞机上面,这其实就是因为它的制备难度比较高。主要集中在原材料、成型、浸渍到应用成本上面的难度。我们这里说的是智上新材这种高性能的连续碳纤维热塑性复材。区域与现在市场上面的粉末、短切碳纤维增强的热塑性复合材料,因为它们的性能并不能很好地发挥出碳纤维与高性能热塑性树脂的双向优势。

  在材料上面,碳丝的选择很重要,要结合物理知识进行调整,整个的碳丝束跟树脂比例如何,碳丝表面应该怎么处理,才能更好的保证热塑性树脂浸渍时候更容易更彻底。

  在成型上面,制备过程中中的温度如何把控,不同温度下,浸渍的情况大不同,也会直观的影响到复材的性能;挤出过程塑化以及流动性是否相匹配;注塑压力如何给到,这些又要结合材料本身的情况,又要我们的制备设备要跟得上才能完成。

  在浸渍上,如何解决树脂流动性的问题成为了关键,常见的就是通过改性来让热塑性树脂流动更好,这里面需要化学知识的积累和实验,并且要考虑到,浸渍完成后的界面强度是否能够满足要求,不能光浸渍完成,但是性能得不到保障,那又得不偿失。

  在实际应用上也有难度,整个的热塑性碳纤维制备中,实验成本高,这需要大量的资金,这也是为什么想要进入这个行业的公司有很多,但是坚持下来的很少,这里不得不说智上新材率先完成热塑性碳纤维量产,其中的艰辛和坚持都功不可没。实际应用中,这样的高性能材料,损伤容限又很关键,往往应用下,需要一个比较长的验证周期,让这样的材料应用不能快速完成。

  除此之外,你包括在制备过程中,整个的工艺、设备参数的优化调整,获得更多的性能,这既需要实际经验有需要强大的理论基础加持下才能完成。像国外东丽公司,这么多年下,碳丝的生产还在不断的调整,才能一直占据市场龙头地位。以及生产中的回收到清洗的难点,都是其制备的困难点。

  展望

热塑2.jpg

  碳纤复材是我国“十四五计划”重点材料之一,也是国家“卡脖子”材料。这种材料能够代替传统的钢或者铝,减重效率可达到20%-40%,在航空航天领域得到广泛青睐。飞机结构材料约占起飞总重量的30%左右,对于军用飞机,减重可节省燃油、扩大作战半径、提高战场生存力和战斗力;对于客机,减重可节省燃油、提高航程和净载能力,具有显著的经济效益。

  现如今的空客、波音到我们国产的飞机上大量的使用碳纤维材料,但更多的是内部件。从以往的重量高、油耗高、强度低得到转化。热塑性碳纤维复材的加入后,就提供更高的性能优势,能够在动力元件、结构元件上得到应用,具有了可回收、成型快、韧性更好、损伤容限更高的性能优势,属于新型“绿色材料”也是未来航空航天领域的全新发展方向。

  行业现状

  热塑性碳纤维的市场全领域的应用还不完全,现阶段还是以小批量定制为主,那我们通过以为碳纤维复合材料的大市场数据来看整个的行业市场现状。

  高性能的热塑性碳纤维主要的群体集中在航空飞机领域中,我们通过下图国内外军机以及民机的复合材料使用图看,我国的市场还是比较缺乏,因此市场前景还是非常广阔。

热塑3.jpg

国内外飞机中复合材料应用率

  市场规模上,2022年全球树脂基碳纤维复材的需求量达到20.8W吨,预计到2025年将会达到29W吨,主要整涨点就是在航空、飞机、无人机领域中。

热塑4.jpg

2022年全球树脂基碳纤维复材销售收入(10亿美元)

热塑5.jpg

2022年我国树脂基碳纤维复合材料需求(吨)

  我们国内2022年树脂基碳纤维复材需求114.45w吨,销售收入为1449亿元,其中航空航天销售收入达816亿元。那后续的增长点就会是热塑性碳纤维的加入,更高性能的下碳纤维复材占比将会进一步提升。热塑性碳纤维国外技术封锁,国产化替代下的热塑性碳纤维必然会成为新的增长趋势。

  现阶段的热塑性碳纤维厂家

  热塑性碳纤维将会是碳纤维复材的高性能代表材料,国内外多家企业都是积极应对,这里面有国外的巨头企业,如日本东丽、美国赫氏、日本帝人。也有我们国内的技术研发企业,如中复神鹰、中简科技、中航高科、各大科研所以及现如今以T700-12K碳丝量产的智上新材厂家。

  整个的热塑性碳纤维复合材料技术还有很长的路要走,要积极的应对各种可能,苦心专研,是实现碳纤维材料快速超越国外的弯道,期待国产化热塑性碳纤维的崛起之路。

TAG标签: