热塑性复合材料及成形技术
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势热塑性复合材料是指由热塑性树脂基体和增强材料（如玻璃纤维、碳纤维等）组成的材料。
它具有良好的机械性能、化学稳定性和耐磨性，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
随着科学技术的发展，热塑性复合材料的加工技术也不断推进，应用范围也在不断扩大。
在热塑性复合材料的加工技术方面，目前主要有预浸法、树脂浸渍法和树脂缠绕法等。
预浸法是将热塑性树脂浸渍到增强材料中，形成预浸料，然后通过压塑和热固化等工艺进行成型。
这种加工技术具有成型周期短、生产效率高、成本低等优点，适用于大批量生产。
但是预浸法的工艺控制要求较高，需要保持一定的工艺温度和压力，以确保产品的质量。
树脂浸渍法是将增强材料浸渍到热塑性树脂中，形成蜂巢结构后加热熔融，然后采用压塑成型。
这种加工技术具有成型性能好、质量稳定等优点，适用于复杂产品的生产。
但是树脂浸渍法需要较长的热固化时间，加工周期较长。
树脂缠绕法是将热塑性树脂涂覆在纤维上，通过控制缠绕角度和缠绕层数，形成复杂的形状。
这种加工技术具有成型灵活、节约材料等优点，适用于空间限制较大的产品。
但是树脂缠绕法需要掌握一定的工艺技巧，以确保产品质量。
热塑性复合材料的加工技术在航空航天、汽车等行业得到了广泛的应用。
在航空航天领域，热塑性复合材料可以用于制造机翼、机身等零部件，以提高飞机的载重能力和燃油效率。
在汽车行业，热塑性复合材料可以用于制造车身、底盘等部件，以提高汽车的安全性和节能性能。
随着科学技术的不断进步，热塑性复合材料的加工技术也在不断发展。
一方面，加工工艺越来越精细化和自动化，提高了生产效率和产品质量。
另一方面，新型材料的研发和应用也为热塑性复合材料的加工技术带来了新的发展方向。
例如，纳米级增强材料的应用可以改善热塑性复合材料的力学性能和耐热性能；3D打印技术的应用可以实现复杂形状的制造，提高产品的适应性和精度。
综上所述，热塑性复合材料的加工技术在应用和发展方向上都取得了很大的进展。
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展摘要：随着低碳经济、碳中和等环保理念的呼声不断高涨，低能耗、可回收的高性能复合材料的需求量不断增加。
高性能复合材料可作为关键的轻型承重材料，应用于风力涡轮机叶片根部加强件、高压绝缘子芯棒和建筑应用中的梁等。
不同于热固性拉挤成型复合材料，热塑性复合材料不需要化学固化，生产效率高、污染小、原材料利用率高，且制件具有可回收、可焊接、使用寿命长的特点，因此国内外都在积极开展高效率、低成本的热塑性复合材料生产工艺的研究。
基于此，本文章对纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：纤维增强热塑性复合材料；拉挤成型工艺；研究进展引言纤维增强热塑性复合材料比热固性树脂复合材料具有更高的比强度和冲击强度，不需要特殊的储存和运输条件，易于维修和可回收再加工。
因此热塑性复合材料在加工性、效率、全寿命周期内的环保性和成本都明显优于热固性复合材料。
碳纤维增强热塑性聚合物复合材料是树脂基复合材料的发展方向，具有广阔的应用前景。
一、拉挤成型工艺拉挤成型工艺由于其生产效率高、拉挤制品纤维含量高、原材料成本低等优点被广泛应用于各种复合材料的生产制造中。
将拉挤成型工艺与热塑性复合材料相结合可充分发挥复合材料的优势，实现各种断面和空腔型材的高效生产。
热塑性树脂普遍存在黏度大的问题，导致了纤维浸渍困难，因此纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的改进方向主要集中在纤维浸渍方式上。
根据浸渍方式不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺两大类。
从目前生产应用的角度来看，非反应型拉挤成型过程部分浸渍工艺与热固性复合材料拉挤成型工艺相似，技术更加成熟，设备投资也相对降低，因此应用更加广泛，而反应型拉挤成型工艺对生产设备要求高，技术难度较大，因此应用范围相对较小。
二、纤维增强热塑性复合材料特点复合材料基本上是一种新型材料，在对两种性质不同的材料进行物理或化学处理后进行加工，其性质相对较高。
热塑性复合材料的分类及特性
热 塑 性 复 合 材 料 (Fiber Reinforced Thermo Plastics简称FRTP)是指以热塑性树脂为基体，以 各种纤维为增强材料而制成的复合材料。 分类 按树脂基体及复合后的性能
第十章 热塑性复合材料
10.1.1 热 塑 性 复 合 材 料 的 分 类 及 特 性
增强材料在复合材料中的形状
课件
4 热塑性聚合物的物理状态与温度关系 玻璃态 高弹态 粘流态
物态的变化受其化学组成，分子结构，所受应力和 环境温度的影响
第十章 热塑性复合材料
纺丝 注射 吹塑 挤出 压延
课件
树 中空吹塑 脂 真空压力成型 基 热拉伸 体 冷拉伸 的 成 Tx Tg Tf Td 型 玻璃态 高弹态 粘流态 性 能 图10-2 热塑性聚合物温度－形变曲线与成型方法的关系。
第十章 热塑性复合材料
10.2.1 树 脂 基 体 的 成 型 性 能
3 可延展性
课件
高弹态聚合物受单向或双向拉伸时的变 形能力称为可延展性。
线型聚合物的可延展性取决于分子长链结构和柔顺性。 拉伸在Tg以下，称为冷拉伸 拉伸在Tg以上，称为热拉伸
第十章 热塑性复合材料
10.2.1 树 脂 基 体 的 成 型 性 能
第十章 热塑性复合材料
需要说明的是：
课件
聚 合 物 的 结 晶 和 定 向
10.3.3
1、并非所有的聚合物都能结晶，能够结晶的聚合物称 “晶态聚合物”，不能结晶的聚合物为“非晶态聚合 物”。 2、即使是晶态聚合物也只能部分结晶，不能与低分子一 样全部结晶。
3、同一种晶态聚合物的结晶度不同，会使其物理性质有 很大差异。比如硬度、密度、软化点、强度等。 二次结晶： 后结晶： 后处理：可以降低制品的内应力，提高制品的尺寸和 形状稳定性。
热固性复合材料与热塑性复合材料
热固性复合材料与热塑性复合材料1热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。
典型的热固性树脂复合材料分为以下几种：（1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。
其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。
在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。
使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。
(2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两面的改性研究，一面是改善湿热性能提高其使用温度;另一面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。
含有环氧树脂所制备的复合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。
(3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。
(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。
其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。
所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。
2热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。
在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。
热塑性复合材料的制造技术与应用
! ! 众所周知， 复合材料 简单地可 划分为两 个类 型： 一是热固性复合材料； 一是热塑性复合材料。热 固性复合材料得到广泛应用。进入 "& 世纪， 热塑性 复合材料越来越被人们重视。特别是民用产业显得 格外突出。据估计， 目前全球热塑性复合材料已占 复合材料总量的 )#/ 。 &! 纤维增强热塑性复合材料的优点 随着热塑性复合材料在航天、 航空、 汽车及其他 领域应用的不断发展， 热塑性复合材料逐渐被人们 所认识， 并成为复合材料研究开发的重点之一。纤 维增强热塑性复合材料具有以下优点： ! 预浸料可长期保存。热塑性复合材料由于 聚合反应已经完成， 因此预浸料保存期比较长。 韧性好。由于热塑性树脂韧性比热固性树 " 脂好， 热塑性复合材料的耐冲击性能也较热固性复 合材料高， 因此纤维增强热塑性复合材料在冲击性 能要求较高的汽车工业等领域获得了飞速的发展。 # 可回收再利用。将热塑性复合材料的边角 余料或报废制品粉碎后， 取代部分基体树脂或增强 材料， 对复合材料的性能影响不明显， 或重新压制成 力学性能要求稍低一些的制品。这样就减少了废料 对环境的污染， 因此热塑性复合材料被称为 “ 绿色 材料” ， 世界各国都把树脂基 复合材料的发展重点 放到了热塑性复合材料上。 $ 生产加工周期短。热塑性片材模塑料的成 型加 工通常采用冲 压工艺， 其生产周期只 有 "# 0 ’#1 2 次。 "! 纤维增强热塑性复合材料的制造技术 热塑性塑料具有在特殊温度范围内反复加热软 化， 冷却硬化、 加工成型方便， 机械性能较好的特点。 热塑性塑料主要包括聚乙烯、 聚丙烯、 聚氯乙烯、 聚 苯乙烯! ,34 树脂、 聚酰胺、 聚甲醛、 聚碳 酸酯、 聚 苯醚、 聚砜等。大部分都是通用合成树脂。为提高 热塑性塑料的机械性能， 可用增强材料增强。常用 的增强材料有： 玻璃纤维、 碳纤维、 芳纶纤维、 硼纤维 和各种天然纤维。 "5 &! 热塑性复合材料预浸料的制造技术 对于连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的制
树脂基复合材料
第5页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
注塑成型 注塑成型是树脂基复合材料生产中的——种重要成型方法材料，它适用 于热塑性和热固性树脂基复合材料，但以热塑性树脂基复合材料应用为 广。 注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机 筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度较低的闭合 模内，经过冷却定型后，脱模得制品。 特点：成型周期短，热耗量少，闭模成型，可使形状复杂的产品一次成型 ，生产效率高、本钱低。但是它不适于长纤维增强的产品，模具质量要求高 。
〔4〕纤维混合。热塑性聚合物纺成多根长丝纤维，使得 开发增强纤维和热塑性聚合物长丝混合形成特有预浸料成 为可能。根据纤维混合方式的不同，该种方法又可分为共
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Thermoplastic Resin composites molding
〔A〕共混纤维：连续增强纤维和热塑性聚合物纤维(长丝或短纤维)通过 特有的纺纱技术形成连续增强纤维／热塑性聚合物纤维混合纱。混合纱 可以机织、针织、编织加工，形成机织物、针织物和编织物预浸料。也 可进展单向缠绕加工单向复合材料板。混合纱的混合程度越好，在成型 加工中熔融基体的浸渍性越好。理想的混合纱是每根增强纤维与热塑性 聚合物纤维相邻，但由于两种纤维直径、刚度等方面存在着差异，在实 际中不可能到达这种理想纱线构造。
纤维和树脂无规混合。
长纤维粒料生产的制品力学性能较高，短纤维粒料那么用于 生产形状复杂的薄壁制品。
第4页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
优点：能加工绝大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料时 ，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握及产品质量稳定 等。
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】拉挤成型作为一种连续生产固定截面的热塑性复合材料成型工艺,具有原材料利用率高、生产效率高、废品率低、产品复制性强、可设计等优点,已在轻量化汽车、建筑建材、风电叶片等领域内广泛应用。
热塑性树脂基体存在室温下呈固态、熔融状态下流动性差的问题,导致纤维浸渍困难,成为此类成型工艺发展的瓶颈,因此改进拉挤成型工艺的关键集中在纤维浸渍技术上。
本文综述了纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的研究进展,并根据浸渍方式的不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺,介绍了每种成型工艺的浸渍特点、制备流程以及工艺优化方案,阐述了拉挤成型工艺中不同的纤维浸渍方式对制件质量的影响规律,最后对拉挤成型工艺现存的问题进行了讨论,展望了未来纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的发展趋势,为今后拉挤成型工艺的深入研究和开拓创新提供参考。
【总页数】9页(P220-228)
【作者】赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院;山东理工大学机械工程学院;山东理工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状
2.拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能研究
3.拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能与应用研究
4.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺研究进展
5.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展
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热塑性复合材料及其工艺
具有优良的力学性能、耐腐蚀性、绝 缘性、重量轻、易加工成型等特性。
分类与组成
分类
根据基体材料的不同，热塑性复合材料可分为聚合物基、无机非金属基和金属 基等。
组成
通常由增强材料、基体材料和各种添加剂组成，其中增强材料提供强度和刚度， 基体材料提供塑性和韧性。
历史与发展
历史
自20世纪50年代以来，热塑性复合材料的研究和应用逐渐受 到重视，随着科技的发展和环保意识的提高，热塑性复合材 料的应用领域不断扩大。
建筑行业
建筑模板
热塑性复合材料可用于建筑模板的制造 ，具有轻便、易加工和可重复使用的特 点。
VS
建筑管道
热塑性复合材料也可用于制造建筑管道， 如雨水管、排水管等，具有耐腐蚀、寿命 长的优点。
其他领域
医疗器械
热塑性复合材料可用于制造医疗器械，如导管、支架等，具有生物相容性好、耐高温和耐腐蚀的优点 。
挤出成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、可连续生 产等优点，广泛应用于管材、型材、板材等产品的生产。
注射成型工艺
01
注射成型工艺是一种将热塑性复 合材料加热至熔融状态，然后通 过注射机注入模具，冷却固化后 得到制品的加工方法。
02
注射成型工艺具有生产效率高、 制品尺寸精度高、可生产复杂结 构制品等优点，广泛应用于汽车 、电子、家电等领域。
加工效率高
热塑性复合材料的加工效率较高，能够提高 生产效率，降低生产成本。
市场接受度挑战
认知度低
相对于传统的金属和塑料材料，热塑性复合 材料的认知度较低，需要加强宣传和推广。
价格较高
热塑性复合材料的价格相对较高，可能会影 响其在某些领域的应用和推广。
技术成熟度挑战
热固性复合材料与热塑性复合材料
热固性复合材料与热塑性复合材料1热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在许多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。
典型的热固性树脂复合材料分为以下几种：（1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西方化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。
其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。
在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。
使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。
(2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两方面的改性研究，一方面是改善湿热性能提高其使用温度;另一方面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。
含有环氧树脂所制备的复合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。
(3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。
(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。
其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。
所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。
2热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。
在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。
热塑性复合材料的加工技术研究
热塑性复合材料的加工技术研究热塑性复合材料作为一种性能优异的新型材料，在众多领域展现出了巨大的应用潜力。
其独特的性能使得它在航空航天、汽车制造、电子设备等行业中备受青睐。
然而，要充分发挥热塑性复合材料的优势，就必须深入研究其加工技术。
热塑性复合材料的特性为其加工带来了一定的挑战。
与传统材料相比，热塑性复合材料通常具有较高的粘度和较低的热传导性。
这意味着在加工过程中，热量传递和材料流动的控制变得至关重要。
目前，常见的热塑性复合材料加工技术包括注塑成型、挤出成型、热压成型等。
注塑成型是一种广泛应用的加工方法。
在注塑过程中，将经过加热熔融的复合材料通过高压注入模具型腔，然后冷却固化成型。
这种方法生产效率高，适合大批量生产形状复杂的制品。
但注塑成型对材料的流动性要求较高，对于一些高粘度的热塑性复合材料，可能需要进行特殊的改性处理以提高其流动性。
挤出成型则主要用于生产连续的型材，如管材、板材等。
通过将复合材料加热至熔融状态，并在螺杆的推动下通过模具挤出成型。
挤出成型的优点是生产过程连续，能够高效地生产长尺寸的制品。
然而，挤出成型对于制品的截面形状和尺寸有一定的限制。
热压成型是将预浸料或片状材料放入模具中，在加热和加压的条件下使其固化成型。
这种方法适用于制造形状较为简单、尺寸较大的制品，并且能够获得较好的力学性能。
但热压成型的生产效率相对较低，不太适合大规模生产。
在热塑性复合材料的加工过程中，温度控制是一个关键因素。
温度过高可能导致材料降解，影响制品的性能；温度过低则会使材料流动性变差，难以充满模具型腔。
此外，压力的施加方式和大小也会对制品的质量产生重要影响。
纤维增强热塑性复合材料的加工还需要特别关注纤维的分布和取向。
纤维的均匀分布和合理取向能够显著提高制品的力学性能。
为了实现这一目标，在加工过程中可以采用特殊的模具设计和工艺参数优化。
除了上述传统的加工技术，一些新型的加工技术也在不断涌现。
例如，激光辅助成型技术利用激光的高能量来局部加热材料，从而实现更精确的成型和焊接。
高光泽热塑性复合材料制件的加工——利用感应加热模具生产塑件新技术
W 6V N TE C H N O L O G Y &I N N O V A T I O N■感应加热技术一般用于热处理工件,包括退火、回火、淬火等工艺,具有成本低、氧化皮少、产品质量高,易组织流水化作业等特点,广泛用于钢管在线加热回火、退火、淬火,钢管的热喷涂线材在线加热处理、钢轨表面淬火、钢丝回火、半轴、曲轴、连杆、斧、刀具、工具等淬火工艺。
感应加热同时也是一种高效的加热塑料模具途径,尽管在这方面一直没有得到广泛地推广并加以应用,但有部分人热衷于采用此类模具加热方法。
最近,法国R ocTool 公司将电磁感应技术的开发应用上了一个新的台阶,目前这家成立只有6年历史的技术开发公司正在运用感应加热的塑料模具,用于加工长玻璃纤维增强热塑性复合塑料大型部件,如具有A 级光泽表面的汽车板件。
R ocTool 公司的专利方法是:只对模具的表面进行加热和冷却,这样要比传统的模具加热方法可获得更快的生产循环周期,感应器接通电能的时间只有短短的几分钟,在模具表面的加热深度也只有0.2mm,整套模具的99.9%仍处于冷却状态。
现在,由R ocTool 公司开发的这种感应加热技术也仅有3家企业获得了应用生产授权。
其中包括:由GE 塑料公司和PPG 工业公司组建的合资企业z 国际有限公司,z 公司将这项技术应用到压塑模具上,利用SuperLit e牌号玻璃纤维热塑性毡片基复合塑料片材加工出具有A 级光泽表面的汽车部件;另一家获得授权生产的企业是荷兰皇家Lankh or st Eur onete 集团,这家荷兰公司正在进行评估论证工作,计划应用感应加热模具技术生产出具有高强度、高韧性的P P 压固塑带材;还有就是日本Ma rubeni 公司寻求在日本国内找到合作伙伴,共同开发感应加热技术。
另外,德国克劳斯玛菲公司已与R ocTool 公司达成合作开发意向,将感应加热模具安装到克劳斯玛菲公司出品的长纤维增强热塑性塑料注射装置上。
聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺及应用
聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺及应用张超，黄勇（中国石化上海石油化工股份有限公司先进材料创新研究院，上海200540）摘 要：聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料（PAN-CFRTP）因其优异的耐高温性能、刚韧平衡性能等特性，在汽车、医疗器械、航空航天、化工机械等领域被广泛使用。
主要介绍了上浆剂法、液相氧化法、等离子体法三碳纤维界面改性方法以及拉挤成型、缠绕成型、真空辅助成型三种CFRTP成型工艺。
最后通过介绍碳纤维增强尼龙（CF/PA）、碳纤维增强聚苯硫醚（CF/PPS）、碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）三种复合材料的性能特点，说明CFRTP在市场中的巨大应用需求潜力，尤其在航空航天等高端领域。
关键词：聚丙烯腈；碳纤维；热塑性复合材料；界面改性；成型工艺中图分类号：TB 322 文献标识码：A 文章编号：2095-817X（2021）01-0059-005聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）的制备分为聚丙烯腈原丝液的制备以及碳纤维的制备。
首先，聚合反应单体丙烯腈与加入的少量第二单体（如丙烯酸甲酯）和第三单体（如亚甲基丁二酸），以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，以二甲基亚砜（DMSO）或硫氰酸钠（NaSCN）为溶剂，通过共聚反应生成聚丙烯腈原丝液。
接下来，聚丙烯腈原丝液经过纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化等工艺过程，得到含碳量大于90%的无机碳材料，即PAN-CF[1]。
PAN-CF的碳化收率能达到45%，高于其他几种原料（沥青、粘胶、酚醛等）制备的碳纤维。
PAN-CF成为如今生产应用研究最为广泛的碳纤维，得益于其生产工艺流程易控，成本较低。
碳纤维由于其独特的乱层石墨结构，高强高模，且耐高温、耐腐蚀。
一般来说，碳纤维主要是通过与热塑性、热固性树脂复合，通过一定的成型工艺制备得到复合材料，才能发挥其优异的综合性能。
热塑性树脂包括聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等。
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势摘要：热塑性复合材料（FRT）具有密度低、强度高、加工快、可回收等突出特点，属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料，已部分替代价格昂贵的工程塑料、热固性复合材料(FRP)以及轻质金属材料（铝镁合金），在飞机、汽车、火车、医疗、体育等方面有广阔应用前景。
本文概述了热塑性复合材料(FRT)的种类、结构和性能特点，并详细介绍了国内外最新加工技术、应用及发展趋势，以及未来面临的障碍和挑战。
复合材料(Composite Material)分为两种主要类型：热固性（聚合物树脂基）复合材料（FRP)和热塑性（聚合物树脂基）复合材料(FRT)，其中，FRT(如GFRT和CFRT, Fiber Weight%:40-85wｔ%)具有密度低（1.1-1.6g/cm3）、强度高、抗冲击好、抗疲劳好、可回收、加工成型快、造价低等突出特点，属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料。
通过选择原材料(纤维和树脂基体)的种类、配比、加工成型方法、纤维(GF,CF)含量和纤维(单丝和编织物)铺层方式进行多组份、多相态、多尺度的宏观与（亚）微观的复合过程（含物理过程和化学过程）可以制备FRT，并根据要求进行复合材料结构与性能的设计和制造，达到不同物理、化学、机械力学和特殊的功能，最终使各种制品具有设计自由度大、尺寸稳定、翘曲度低、抗疲劳、耐蠕变等显著优点，部分替代价格昂贵的工程塑料、非环保F RP和轻质金属材料（如铝镁合金）。
目前，FRT广泛应用在电子、电器、飞机、汽车、火车、能源、船舶、医疗器械、体育运动器材、建筑、军工等工业产品，近年，更随着全球各国对节能减排、环保、可再生循环使用等要求的不断提高，FRT获得更快速发展，相关新材料、新技术、新设备不断涌现。
基本种类根据制品中的最大纤维保留尺寸大小，FRP(GFRT和CFRT)可分为：(1)非连续纤维增强热塑性复合材料(N-CFT)，包括短切纤维增强工程塑料(SFT，最大纤维保留尺寸0.2-0.6mm)；(2)长纤维增强热塑性复合材料(LFT-G，LFT-D，最大纤维保留尺寸5-20mm)；(3)连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics, CFT，最大纤维保留尺寸>20mm;包括：玻纤毡增强型热塑性复合材料GMT)。
(整理)热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展
热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展自上世纪8 0 年代中期始，人们对采用拉挤工艺制造连续纤维增强热塑性塑料复合材料（FRTP）产生了极大兴趣。
这是因为采用热塑性复合材料可避免热固性复合材料固有的环境友好性差、加工周期长和难以回收等不足，并且可具有更好的综合性能，如：较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力、损伤容限高、可补塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型时无需固化反应、成型速度快及可以重复利用等特点[1]。
尽管热塑性塑料拉挤成型具有上述优点，但迄今仍未获得普遍的商业应用。
原因在于这种工艺受到以下缺点的制约：如熔体黏度高、成型温度高、基体在室温下呈固态，需要精确控制冷却和熔体冷却时收缩率大，产品质量波动大等。
为了使热塑性材料的拉挤成型应用获得更广泛的应用，重要的任务是开发最合适的加工工艺、降低成本和提高质量。
由于拉挤工艺本身是一种能够经济的连续生产复合材料的典型制造工艺，并且可以实现自动化连续生产及制品的用途广泛，所以该工艺在工业发达国家已受到普遍重视，发展速度很快。
如美国专利（专利号：US5091036）以及Dr.Scott Taylor 对热塑性复合材料的研究成果的发表[ 2 ] ，给热塑性复合材料拉挤成型的工业应用带来突破性的推进。
概括而言，从热固性基体拉挤成型转变到热塑性基体拉挤成型所遇到的关键问题主要包括：基体在室温下呈固态、在熔融温度下流动性差（黏度高）和熔体冷却时收缩率大等特点，目前，实施热塑性树脂基复合材料的拉挤成型典型研究成果及其进展可概括如下。
1 生产工艺方面由于热塑性树脂融体的黏度大，浸渍困难，因而改进研究工作的关键点集中在浸渍技术方面，而不同拉挤工艺的根本区别也就在浸渍方法和浸渍工艺的差异上。
通常，根据浸渍技术可把热塑性复合材料拉挤工艺分为非反应型拉挤工艺和反应拉挤工艺两大类。
从目前应用情况来看，非反应型工艺占主体，应用较为广泛，相对来讲也比较成熟[ 3 ] 。
热塑性复合材料成型工艺
热塑性复合材料成型工艺热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP（Fiber Rinforced Thermo Plastics）。
由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。
从生产工艺角度分析，塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类：（1）短纤维增强复合材料①注射成型工艺；②挤出成型工艺；③离心成型工艺。
（2）连续纤维增强及长纤维增强复合材料①预浸料模压成型；②片状模塑料冲压成型；③片状模塑料真空成型；④预浸纱缠绕成型；⑤拉挤成型。
热塑性复合材料的特殊性能如下：（1）密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。
它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。
一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。
（2）性能可设计性的自由度大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。
由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。
（3）热性能一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。
尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热形温度可提高到190℃。
聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。
热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4～1/2，能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。
其导热系数为0.3～0.36W(㎡·K)，与热固性复合材料相似。
（4）耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定，热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点，因此，可以根据复合材料的使用环境和介质条件，对基体树脂进行优选，一般都能满足使用要求。
热塑性复合材料的制备及其性能研究
热塑性复合材料的制备及其性能研究随着科学技术的进步，材料科学领域发展极其迅速，新型材料的研制与发展成为当今社会科技创新的重要方向之一。
热塑性复合材料是一种具有良好性能的高性能材料，被广泛应用于汽车、航空、建筑等领域。
本文将介绍热塑性复合材料的制备及其性能研究。
一、热塑性复合材料定义及特点热塑性复合材料是由两种或两种以上的材料在高温、高压下合成的一种复合材料。
它由高分子基体（如树脂）和增强材料（如玻璃纤维、碳纤维等）组成，特点是在高温、高压下可塑性极佳，易于成型，且具有良好的机械、热学性能，抗冲击、耐磨性强等优点。
二、热塑性复合材料的制备方法1.手工叠层法手工叠层法是一种简单的制备方法，通常采用纤维布料和树脂交替粘贴和叠放的方法进行制备。
首先将纤维布料与树脂混合，然后将混合物均匀涂在纤维布料上，然后再将另一块纤维布料涂上树脂，逐层叠放直到所需厚度，最后在高温高压下制成所需形状的复合材料。
2.层压法层压法是一种高效的制备方法，该方法采用机器设备自动循环进行，可以生产出形状复杂、性能优良的热塑性复合材料。
该方法首先是将树脂均匀涂在增强材料上，然后将湿润的增强材料层层堆叠，最后在高温高压下进行固化。
三、热塑性复合材料的性能研究1.力学性能力学性能是热塑性复合材料的重要性能指标之一，包括拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等。
由于其增强材料的存在，使得热塑性复合材料具有优异的力学性能，比金属材料更加轻便、坚固。
2.热学性能热学性能是热塑性复合材料的另一个重要性能指标，包括热传导性、热膨胀系数等。
热塑性复合材料的热学性能取决于基质树脂的类型，因为不同的基质树脂具有不同的热学性能。
3.电学性能热塑性复合材料具有较高的电学性能，包括电阻率、介电常数和损耗角等。
这些性能指标对于电子零部件、电缆和电磁屏蔽等领域非常重要。
四、热塑性复合材料的应用热塑性复合材料的应用范围广泛，既可用作结构材料，也可用作装备外壳等。
具有优异的力学性能、耐高温性能和防腐蚀性能，是一种高性能材料。
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• 性能优越 -耐高温和耐疲劳，200℃下长期使用达50000h； -比吸能是铝的10倍，钢的7倍，GFRP的3倍，碳纤 环氧的1.6倍； -耐腐蚀，金属/复合材料接头中未发现的化学腐蚀
和接触腐蚀；。
应用领域
PEEK及PEEK/CF
航空航天
工业
•ATF的机身和机 翼
•C-130 机身的腹 部壁板
45.3
PC/CF复合材料性能
性能与对比
材料 GF/PP[2] CF/PPS[3] prepreg(CF/PP)[4] CF/PC[5] prepreg(CF/PP) PC/CF
工艺 模压 热压 热压 热压 热压 热压
表4 PC/CF复材性能与文献结果对比 纤维体积含量 拉伸强度MPa/模量GPa 弯曲强度MPa/模量GPa
PEEK/CF复合材料简介
聚醚醚酮（PEEK）：高性能热塑性树脂材料；耐高温；耐腐蚀；耐摩擦；耐辐照 PEEK/CF复合材料：比强度高，在高温、高载、高冲击及高磨损环境中广泛应用 成形难度较大：融化温度高343℃；溶剂中的溶解度低；熔融粘度很高
• 轻质高强
-PEEK/CF复合材料抗拉强度接近C形钛合 金； -PEEK/CF复合材料的弯曲强度超过铝合金
10
20
6.45
PC/CF复合材料制备
板材制备
采用薄膜层压的技术，热压成形CF/PC层 合板。 原料：盖尔 PC薄膜（0.175mm）
T300 平纹碳纤布
表2 各层合板的工艺参数
序号 层数 温度/℃ 压力 保压时 厚度
（P+F）
/Mpa 间/min /mm
a
11+10
240
10
6
2.7
b
11+10
50%
——
140/16
50%
655/55.66（120℃测定）
——
45.2%
452/47.8
——
50%
——
550（approx.）/40
55%
797/15
116/9.6
40%
537/44.7
519/32（approx.）
[1] Flexural and impact response of woven glass fiber fabric/polypropylene composites [2] About the influence of stamping on thermoplastic-based composites for aeronautical applications [3] Interply hybrid composites with carbon fiber reinforced polypropylene and self-reinforced polypropylene [4]Effect of molding condition on flexural strength of textile carbon fiber reinforced polycarbonate laminates [5] Influence of Interleaved Films on the Mechanical Properties of Carbon Fiber Fabric/Polypropylene Thermoplastic Composite
•法国阵风发动机 的隧道
•A400M的紧固件
• L形加强筋
•发动机内罩 •轴承 •垫片 •密封件 •离合器 •齿环 •车盖
医疗器械
•外固定器 •拉钩、环 •颈环 •外固定铰链 •外固定支架 •椎板固定销 •自定义结构
石油、天然气
•立管 •导线 •井下电缆 •电缆 •出油管 •海底管道 •阀门
PEEK/CF复合材料制备
板材制备
采用静电粉末喷涂制备预浸料，通过高温 热压成形制备PEEK/CF层合板。 原料：VICTREX PEEK 150PF 超细粉,
T300 平纹碳纤布
表1 各层合板的工艺参数
序号
层数
温度 /℃
压力 保压时 厚度 /Mpa 间/min /mm
1
5
380
10
20
0.9
2
10
380
ห้องสมุดไป่ตู้
10
20
2
3
21
380
240
10
12
2.7
c
11+10
240
10
18
2.7
d
11+10
240
10
24
2.7
PEEK/CF复合材料性能
性能与对比
表3 PEEK/CF力学性能与对比
项目\单位
TENCATE
自制
拉伸强度（Mpa）
802
720
拉伸模量（Gpa）
56.8
47.5
弯曲强度（Mpa）
859
772
弯曲模量（Gpa）
46.3