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本文整理了網(wǎng)絡(luò )上關(guān)于熱塑性纖維增強預浸料(熱塑性預浸帶/預浸卷材CFRTP)制作方法（本文來(lái)源網(wǎng)絡(luò )資料整理，如有侵權，請告知。）,連續纖維增強熱塑性復合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites , CFRTP)已研究發(fā)展超過(guò)25年，CFRTP所使用的增強纖維種類(lèi)主要有碳纖維、玻璃纖維以及克維拉纖維，基材種類(lèi)包括PP、PA、PC、PEI、PPS以及PEEK等熱可塑性基材，早期著(zhù)重于航空及軍事應用，2002年開(kāi)始大幅度成長(cháng)，并逐步應用于汽車(chē)、運動(dòng)器材、運輸、工業(yè)以及其他領(lǐng)域。

CFRTP的主要成型形態(tài)包括單方向纖維預浸料(Unidirectional Prepreg)、編織纖維預浸料(Fabric Prepreg)、混合纖維(Commingled yarn)以及其他方式，其中預浸布(Prepreg)相關(guān)產(chǎn)品應用為目前市場(chǎng)上的主流技術(shù)之一。預估2014年全球連續纖維增強熱塑性復合材料產(chǎn)值可達$US188.7 million，年平均成長(cháng)率12%。

其對應的樹(shù)脂載體有，玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸、植物纖維（亞麻）等，預浸料基體有聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、尼龍系列（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚乳酸（PLA）、PPS、PI、PA、PEI等。

全球主要生產(chǎn)商有：荷蘭帝斯曼（DSM）、德國贏(yíng)創(chuàng )（EVONIK）、法國阿科瑪（ARKEMA）、比利時(shí)蘇威(SOLVAY)、日本帝人（TEIJIN）及美國赫氏（HEXCEL）、美國杜邦（Dupont）公司。

為了更好地實(shí)現連續纖維增強復合材料的性能剪裁和樹(shù)脂含量控制，同熱固性樹(shù)脂基復合材料一樣，熱塑性復合材料一般也需要先制成連續纖維預浸料，在此基礎上再進(jìn)行復合材料制件的成型制造。

與熱固性樹(shù)脂不同，高性能的熱塑性樹(shù)脂基體大多很難溶于化學(xué)溶劑，所以預浸料的制備一般較少采用樹(shù)脂溶液浸漬法，而是采用樹(shù)脂熔融浸漬法，但高牲能熱塑住樹(shù)脂的熔點(diǎn)高且熔體黏度大，這不僅需要提高加工溫度(通常在300℃以上)，而且還要解決樹(shù)脂在纖維上均勻分布和樹(shù)脂對纖維的連續浸漬問(wèn)題。

熱塑性纖維增強預浸料(熱塑性預浸帶/預浸卷材)主要含浸工法可區如下：

溶液法(Solution Impregnation Technique)、熔融法(Melt Impregnation Technique)、薄膜層迭法(Film Stacking Technique)、粉末法(Powder Impregnation Technique)、纖維混編法(Fiber Commingled Technique)、聚合法(In-situ polymerization)。

以CF+PEEK預浸料圖例

熱塑性纖維增強預浸料(熱塑性預浸帶/預浸卷材)各種方法的特型及優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)介如下：

一、溶液法(Solution Impregnation Technique)

將塑料基材溶于特定溶劑中制備基材溶液，再將增強纖維浸入溶液中，最后將溶劑去除，此法因以溶劑溶解塑料基材，基材黏度較低，可得較佳的含浸效果，但溶劑的選擇、回收、人體安全性等都是限制此法發(fā)展的不利因素。

二、熔融法(Melt Impregnation Technique)

該工藝主要通過(guò)加熱，使熱塑性樹(shù)脂基材熔融，涂布于離型紙上，然后以壓輥使樹(shù)脂基材與增強纖維或織物混合。此法操作較容易，但須注意塑料基材的成膜性及高溫流動(dòng)特性。目前美國litzler公司已經(jīng)量產(chǎn)熱塑性預浸料生產(chǎn)設備，該設備幅寬可達1500毫米，由于獨有的S型包裹技術(shù)，可以使設備生產(chǎn)速度達到30米每分鐘。全球著(zhù)名的劍桿織機生產(chǎn)商——德國道尼爾公司，在今年的JEC展會(huì )上也展出了其最新研制的展帶預浸機，其可以將單束或多束玻纖紗進(jìn)行展平，同時(shí)預浸熱塑性樹(shù)脂，制成熱塑性預浸帶。此外，瑞士Santex公司也已經(jīng)最新研制了熔融法熱塑性預浸帶生產(chǎn)裝備。

先將樹(shù)脂加熱熔融，然后纖維通過(guò)熔融樹(shù)脂得到浸漬，樹(shù)脂浸漬的纖維經(jīng)冷卻，并由帶狀拉出機牽拉甲整得到預浸料。此法的特點(diǎn)是預浸料樹(shù)脂的質(zhì)量分數容易控制，脂體熔體不含溶劑，無(wú)溶劑污染，預浸料的揮發(fā)分含量低，避免了由于溶劑的存在而引發(fā)的空隙含量高的內部缺陷，特別適用于結晶性樹(shù)臘制備預浸帶但熔融樹(shù)脂法要求樹(shù)脂的熔點(diǎn)較低，并在熔融狀態(tài)下其黏度較低，具有較高的表面張力，與纖維有較好的浸潤性。

尤為重要的一點(diǎn)是樹(shù)脂在熔融狀態(tài)下，基本上無(wú)化學(xué)反應，具有較好的化學(xué)穩定住和較小的黏度波動(dòng)。

三、薄膜層迭法(Film Stacking Technique)

薄膜層迭法：該工藝是將熱塑性樹(shù)脂膜與增強纖維或織物規則層迭后，熱壓融浸。此法為熔融法的改良型，可以用較低的加工溫度，但需較長(cháng)的加工時(shí)間。并注意薄膜制作與層迭含浸的加工限制。

目前，德國MEYER公司、英國Reliant公司，均有此項工藝與裝備。

四、粉末法(Powder Impregnation Technique)

以合成、研磨等化學(xué)或物理方式將塑料基材制成粉末后，透過(guò)溶劑、流體化床、靜電等方式使粉末與纖維充分混合后加熱含浸，此法必須控制粉體的粒徑、批覆均勻性，并注意粉體及靜電可能帶來(lái)的危害。

先將樹(shù)脂制成粉末狀，再以各種不同方式施加到纖維上。這種方法生產(chǎn)效率高、工藝穩定且易于控制。根據工藝過(guò)程的不同及樹(shù)脂和纖維結合狀態(tài)的差異，粉末預浸法可紛為以下兩種方法。

1.  懸浮液鋟清法。該法是制備連續纖維增強熱塑性樹(shù)脂基預浸料的一種新方法。即將樹(shù)脂粉末及其他添加劑配制成懸浮液，碳纖維長(cháng)絲經(jīng)過(guò)漫膠槽，在其中經(jīng)懸浮液充分浸漬后，進(jìn)入加熱爐中熔融、烘干。也可通過(guò)噴涂、刷涂等方法使樹(shù)脂粉末均勻地分布于碳纖維中。經(jīng)過(guò)加熱爐處理后的碳纖維/樹(shù)脂柬可制成連續碳纖維預浸料。這種方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本低，適用于各種熱塑牲樹(shù)脂基體；可有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量，適于生產(chǎn)大型制品，因此是一種很有發(fā)展前途的工藝方法。

2. 流化床浸漬工藝法。該法是使每束碳纖維或織物通過(guò)一個(gè)有樹(shù)脂粉末的流化床，樹(shù)脂粉末懸浮于一般或多股氣流中，氣流在控制的壓力下穿過(guò)纖維，所帶的樹(shù)脂粉末沉積在碳纖維上，隨后經(jīng)過(guò)熔融爐使樹(shù)脂熔化并黏附在碳纖維上，再經(jīng)過(guò)冷卻定型段，使其表面均勻、平整，最后經(jīng)由收卷裝置收卷制得預浸料。這種工藝對碳纖維損傷小，聚合物無(wú)降解，具有成本低的潛在優(yōu)勢，但適合于這種技術(shù)的樹(shù)脂粉未必須非常細小，直徑以l0~ 20μm為宜，而且粉末也難以均勻地黏附在纖雒的表面上，容易造成粉末堆積，形成較多空隙。

3. 粉末懸浮浸漬法

水懸浮浸漬法是近幾年研究得較多的一種工藝。這種工藝中，熱塑性樹(shù)脂粉末和表面活性劑在浸漬室中形成水懸浮液，導輥將連續纖維牽拉入主槽中浸漬，使粉末均勻地滲人纖維之間，然后經(jīng)干燥、加熱壓實(shí)成型，再經(jīng)撤出機拉出，這種工藝與上述其他工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用資源豐富且無(wú)污染的水作為懸浮分散劑，方便易得且易除去；

2.采用連續纖維沒(méi)漬適合于大批量、高效率生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本；

3.樹(shù)臘粉末大小在毫米級，克服了粉末法20μm的極限；

4.水懸浮法操怍容易，安全衛生，黏度低，克服了熔融浸漬的高黏問(wèn)題；

5.僅在熱滾壓時(shí)需要高溫，在熔融顏樹(shù)脂階段停留時(shí)間短，減少了其重量損失。大大避免了熱降解，對溫度敏感的聚合物也可以適用，節省了能耗。

此法技術(shù)新，成本低上工藝簡(jiǎn)單，設備投資少，制備周期短，可用于連續纖維增強熱塑憔樹(shù)脂基復合材料的生產(chǎn)。

五、纖維混編法(Fiber Commingled Technique)

將增強纖維與熱塑基材纖維透過(guò)混編、混紗、繞股等方式均勻分散，制成特殊的纖維束，之后經(jīng)過(guò)編織成所需織物后加熱加壓成型，此法必須注意避免過(guò)程中補強纖維受損。

纖維混編法是將熱塑性樹(shù)脂紡成纖維或薄膜帶，然后根據含膠量的多少將一定比例的增強纖維與樹(shù)脂纖維柬緊密地合并成混合紗，再通過(guò)一個(gè)高溫密封浸潰區使樹(shù)脂和纖維熔成連續的基體。該法的優(yōu)點(diǎn)是樹(shù)脂含量易于控制，纖維能得到充分浸潤，可以直接纏繞成型得到制件。它是一很有前途的方法。但由于制取直徑極細的熱塑性樹(shù)脂纖維(＜10μm)非常困難，同時(shí)編織過(guò)程中易造成纖維損傷，限制了這一技術(shù)的應用。

六、聚合法(In-situ polymerization)

利用熱塑性高分子之單體或寡聚合物(oligomer)，被覆在纖維上，在將此單體或寡聚合物聚合成所要之高分子基材，此法反應控制不易，制程時(shí)間較長(cháng)。

除了上述熱塑性纖維增強預浸料含浸工法之選擇外，必須同時(shí)注意復合材料界面問(wèn)題，包括補強纖維表面改質(zhì)、纖維表面官能基、基材改質(zhì)、基材/補強材表面能等，如此才能制備具商業(yè)量產(chǎn)性之熱塑性纖維補強預浸料。

連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料的應用

連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料作為結構材料，可應用于工業(yè)、民用、軍工等各個(gè)領(lǐng)域，目前已在航空航天、汽車(chē)、電器設備、通訊、體育器械等多個(gè)領(lǐng)域得到應用。

1、汽車(chē)工業(yè)

“環(huán)保、節能、汽車(chē)輕量化”推動(dòng)長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料制備、制件設計與應用快速發(fā)展。以聚丙烯（PP）為基體的長(cháng)玻纖增強熱塑性復合材料在汽車(chē)工業(yè)終端制件中占有很大應用份額。有數據表明，有80％的長(cháng)玻纖增強熱塑性復合材料需求來(lái)自汽車(chē)工業(yè)（零配件），目前已在歐洲品牌汽車(chē)中得到廣泛的應用。而汽車(chē)部件的高性能、多樣化的特殊要求，也使長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料對纖維、樹(shù)脂有更多的選擇。汽車(chē)上長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料使用部位有：前端模塊、儀表板、門(mén)模塊、車(chē)身、底板以及其他復雜形狀配件，既包括使用注塑工藝得到的復雜部件，也包括使用模塑得到的門(mén)窗、車(chē)身底板、儀表等，或者作為箱式貨車(chē)的車(chē)廂護板、頂棚等層壓板材。

長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料在歐洲品牌汽車(chē)中的應用情況

寶馬在2013年7月29日發(fā)布了新款純電動(dòng)汽車(chē)（EV）“i3”，該車(chē)整車(chē)使用碳纖維復合材料，由德國大型材料廠(chǎng)商西格里(SGL)與寶馬的合資公司使用三菱麗陽(yáng)開(kāi)發(fā)的碳纖維原紗，利用樹(shù)脂等材料將其加工成CFRP(碳纖維增強樹(shù)脂基復合材料)，提供給寶馬的EV。在三家公司的合作下，成型的時(shí)間縮短到10分鐘之內，使成本降低到了實(shí)用水平。

2.防護產(chǎn)品

斯蒂芬妮·克沃勒克（Stephaine Kwolek）在上世紀60年代發(fā)明了芳綸1414，并根據其名字命名為凱夫拉（Kevlar），該材料首先被應用于軍事，制造防彈衣、頭盔等。在相當長(cháng)的時(shí)間內，凱夫拉幾乎就等于防彈材料的代名詞。后來(lái)隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，出現了高分子量高強高模聚乙烯纖維、碳纖維等高性能纖維，使熱塑性復合材料有了更多的選擇，但芳綸仍然是該類(lèi)材料優(yōu)先選擇。

使用芳綸1414長(cháng)纖維或高分子量高強高模聚乙烯長(cháng)纖維，進(jìn)行溶液浸漬得到預浸料，并把多層預浸料進(jìn)行0/90°疊加，然后加熱模壓得到熱塑性復合材料，該材料可以用于防彈衣、盾牌、頭盔等。

３.航空航天、高鐵等

航天、航空等對先進(jìn)、高性能材料有著(zhù)特殊的需求，該領(lǐng)域不同產(chǎn)品對長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料有多樣性的要求，這其中以碳纖維復合材料最為突出。纖維復合材料以其獨特、卓越的理化性能，廣泛應用在火箭、導彈和高速飛行器等航空航天業(yè)。例如采用碳纖維與塑料制成的復合材料制造的飛機、衛星、火箭等宇宙飛行器，不但推力大，噪音??；而且由于其質(zhì)量較輕，所以動(dòng)力消耗少，可節約大量燃料。據報道，航天飛行器的質(zhì)量每減少lkg，就可使運載火箭減輕500kg。2007年面世的超大型飛機A380，復合材料的密度達23％。美國波音公司20世紀90年代初推出的波音777型客機也大量采用了復合材料達到10%以上，而其2007年下線(xiàn)的B787整機主體結構都是碳纖維復合材料制得。

4.建材

連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料在高檔建材領(lǐng)域使用主要以板材為主，主要是用連續玻璃纖維增強PP，重量輕，比強度、比模量高、耐腐蝕、耐水性好，使用方便、成本低、可以根據需要裁切，可以用螺釘，鉚釘安裝，也可以熱融焊接等優(yōu)點(diǎn)，可以用作墻板、墻體襯板、以及建筑模板等。

連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料還可用于制作高品質(zhì)的塑料管材。北京化工大學(xué)發(fā)采用連續長(cháng)纖維增強高密度聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等熱塑性塑料，纏繞成型制造承壓塑料管，特別是大口徑塑料管，設計壓力可達到1.2MPa，設計壁厚可比同類(lèi)塑料管的壁厚減少10～50%，具有強度高、成本低、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。

目前世界一些著(zhù)名的高分子材料公司如美國通用、泰科納、杜邦，英國ICI，德國的巴斯夫、拜耳，日本的住友、日本智索，沙特的沙基，韓國的三星等有連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料工業(yè)化產(chǎn)品。國內的金發(fā)、杰事杰、普利特、海爾新材等也對連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料進(jìn)行研發(fā)和工業(yè)化產(chǎn)品出售，但和國外有一些差距。其他還有一些規模比較小的企業(yè)，針對某一特點(diǎn)產(chǎn)品，如板材、成型件等進(jìn)行開(kāi)發(fā)，形成自身的特點(diǎn)。關(guān)于熱塑性纖維增強預浸料(熱塑性預浸帶/預浸卷材CFRTP)制作方法，國內企業(yè)尚處理啟步階段，目前棧料主要應在于高鐵、汽車(chē)、建材等領(lǐng)域。相關(guān)設備相關(guān)企業(yè)尚處理探索階段，設備中的熱源，參照國外技術(shù)，日系的輥體主要是TOKUDEN公司提供的高溫電磁加熱輥，歐美主要是以熱媒油加熱方式為主，針對日系方案，國內可替代的加熱輥制造商可以選擇上海聯(lián)凈。

熱塑性纖維增強預浸料(熱塑性預浸帶/預浸卷材CFRTP)材料，連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料因其顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)在許多領(lǐng)域都有應用，而隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和連續長(cháng)纖維增強熱塑性復合材料成本的進(jìn)一步降低，其應用必將更加廣泛。