熔融浸渍法制备热塑性碳纤维预浸料的难点在哪？

    碳纤维材料的发展趋势是从热固性走向热塑性，但是直到目前，发展并不顺利，热塑性碳纤维复合材料的研究进展非常缓慢。为什么会出现这样的问题？是因为在碳纤维丝束与热塑性树脂的在第一步融合上就碰到了非常大的问题，浸润难度大限制了后续的一切可能。为什么会这样？我们来了解一下。
 
    制备热塑性碳纤维预浸料的5种浸渍方式

 
    钻研碳纤维复合材料的科学家们提出了多种可以让热塑性树脂浸润碳纤维丝束的方法，而这些方法归结起来主要有预浸渍和后浸渍这2个方向，其中下面的5个浸渍方式已经取得了一定的成果。
 
    1、溶液法：将树脂基材溶于特定溶剂中制备树脂溶液，再将碳纤维丝束浸入溶液中，再利用方法将溶剂去除，留下浸渍后的碳纤维复合材料。本方法中基材黏度较低，浸渍效果较好，但溶剂的选择和回收的难度较大，同时还要考虑到溶剂可能对人身安全带来的伤害。
 
    2、熔融法：通过高温使树脂基材熔融，涂布于离型纸上，再通过压辊将树脂基材与碳纤维丝束混合，是较好的一种浸渍方法。不过本方法的能耗较高，生产成本较大，还要考虑树脂基材的成膜性和高温流动性。
 
    3、薄膜层迭法：将树脂薄膜与碳纤维丝束规则层压后，再热压浸渍，是熔融法的升级款，加工温度相对熔融法稍低，但混合时间更长，对薄膜制作和层迭含浸的要求很高。
 
    4、粉末法：通过物理方式（研磨）和化学方式（合成），将树脂基材制成粉末状，再通过溶剂、流体化床、静电等方式，将粉末与碳纤维丝束混合后加热含浸。需要注意的是对粉体粒径、批覆均匀性进行控制，还要注意粉体与静电可能带来的危害。
 
    5、纤维混编法：将碳纤维丝束与热塑性树脂基材透过混编、混纱、绕股等方式均匀分散，制成特殊的混合纤维束，再经过编织成所需织物后加热加压成型。本方法的难点在于碳纤维丝束在制备过程中容易受损，影响整体性能。
 
    熔融浸渍法制备热塑性碳纤维预浸料的难点在哪？

 
    以上的5种浸渍方式里，相比于溶液浸渍法，熔融浸渍法的在浸润效果上的表现比较不错，但是同样也存在一些缺点。如果能够突破这些难点，那么后续可以大幅提高热塑性碳纤维预浸料批量生产的瓶颈。
 
    熔融浸渍法制备过程中，难点在于对温度、压力及两种材料比例的掌握。首先需要选择合适的温度和压力，热塑性树脂的流动性较好，碳纤维浸渍的效果更好。然后再调整树脂基体和碳纤维的比例，找到最合适的配比方案。如果热塑性树脂含量过高，那承担载荷的重担就落在树脂基体上，整体性能不强；而如果热塑性树脂含量过低，碳纤维浸润效果不佳，碳纤维增强效果出不来。
 
    温度和压力是2个可控的因素，但是想要找到适合的温度范围和压力大小，可能需要成千上万次的实验。科研是非常严谨的一个领域，实验室数据与实际生产制备中间还存在着很大的差距，因此想要真正的实现热塑性碳纤维预浸料的全方位浸润，以及后续大规模的批量制备，还需要经过漫长的努力。
 
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