熱塑性復合材料是以PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性塑料為樹脂基體,以玻纖、碳纖等為增強樹脂的復合材料;相比較,熱固性復合材料則是以環氧樹脂、酚醛樹脂等熱固性塑料為樹脂基體。
視頻:蹇錫高院士談復合材料發展
復合材料使用量大,尤其是航空航天用的復合材料;復合材料歐洲最為領先,北美緊隨其后。現在復合材料的新趨勢是:開發耐高溫的熱塑性樹脂基復合材料取代熱固性樹脂基復合材料。為什么呢?
1.熱固性復合材料脆性大:若子彈打穿,則整片碎,不具有修復性;如果是熱塑性復合材料,穿孔則可加熱重塑。
2.不環保、不具備回收性:從環保角度考慮,熱固性復合材料也不適合大規模使用,熱固性復合材料大型件無法回收使用;如飛機使用熱固性復合材料,用完后的填埋也是一個大問題。
總之,熱塑性樹脂基復合材料的廣泛使用是高分子研究努力的方向!目前,歐洲的空客航空公司已經開始大量使用熱塑性樹脂基復合材料。據了解,空客及其供應商每年會帶來數百噸的復合材料廢料。想象一下,如果是熱固性的,想要循環利用只能采用燃燒法,最終得到的將只是60%的纖維而失去了占比40%的樹脂。一旦換做熱塑性復合材料,幾乎可以實現100%再生利用,用以生產各種結構件和內飾部件。另外,鋪設設備也會隨著材料的大量使用而流行,這也是國內比較欠缺的!
以上文字內容大部分來自蹇錫高院士
一、熱塑性復合材料高端代表--熱塑碳纖材料
圖:熱塑性碳纖材料的特性
在熱塑性樹脂基復合材料中,熱塑性碳纖材料是一個重要的組成部分,其優良的力學性能和回收性能使其在航天航空領域發展很快。
二、熱塑性樹脂基復合材料的加工方法
熱塑性樹脂基復合材料加工方法和熱固性的相比很多,一般有:注塑、擠出、纏繞成型、拉擠成型、焊接層合法、熱塑性片狀模塑料制品沖壓成型工藝。下面我們簡單介紹一下前2種,更多詳情請點擊查看→out,還用玻纖增強改性塑料?來認識下什么碳纖維改性塑料
1.注塑成型工藝
注射成型是熱塑性復合材料的主要生產方法,歷史悠久,應用最廣。其優點是:成型周期短,能耗最小,產品精度高,一次可成型開關復雜及帶有嵌件的制品,一模能生產幾個制品,生產效率高。缺點是不能生產纖維增強復合材料制品和對模具質量要求較高。根據目前的技術發展水平,注射成型的最大產品為5kg,最小到1g,這種方法主要用來生產各種機械零件,建筑制品,家電殼體,電器材料,車輛配件等。
圖:熱塑性碳纖材料的注塑制品
2.擠出成型工藝
擠出成型是熱塑性復合材料制品生產中應用較廣的工藝之一。其主要特點是生產過程連續,生產效率高,設備簡單,技術容易掌握等。擠出成型工藝主要用于生產管、棒、板及異型斷面型等產品。增強塑料管玻纖增強門窗異型斷面型材,在我國有很大市場。
關于蹇錫高院士
蹇錫高,重慶市江津人,1969年本科畢業于大連理工學院,1981年獲大連理工大學碩士學位,1988-1990年留學加拿大Mc Gill大學。現任大連理工大學教授、高分子材料研究所所長、遼寧省高性能樹脂工程技術研究中心主任。2013年當選為中國工程院院士。
他帶領團隊研究高性能工程塑料領域存在的關鍵科學問題。經反復探索,在國家科技攻關、“863”計劃以及省市項目的支持下,他從分子結構設計出發,將全芳環、扭曲非共平面的二氮雜萘酮聯苯結構成功引入到聚芳醚分子主鏈(請見視頻解說),并通過相應聚合工藝技術攻關,攻克了多項關鍵技術,研制成功結構全新、綜合性能優異、耐高溫可溶解的雜萘聯苯型高性能工程塑料,解決了傳統高性能工程塑料不能兼具耐高溫可溶解特性的技術難題。
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