热塑性复合材料介绍及其在真空RTM类成型技术应用概况

热塑性复合材料种类：
1. 短纤维增强热塑性复合材料 (SFRT)
• 根据产品的构造，短纤维热塑性复合材料制品的生产主要 采用挤出成型及注塑成型工艺。挤出成型生产线形材料， 管，板等产品；注塑成型则用于生产各种形状，大小不等 的产品，如精密仪器零件 到 汽车保险杠等。
• SFRT 用的原料，不论挤出或是注塑用的，一般都要经过造 粒过程。
热塑性复合材料介绍及其在真 空/RTM 类成型技术应用概况
概述：
• 近年来，随着高性能耐高温热塑性树脂的发展及复合材料 成型加工技术的不断进步，热塑性复合材料发展迅速，已 成为复合材料领域的开发热点。
• 相较热固性复合材料，热塑性复合材料具有较高断裂韧性， 抗冲击性，耐化学药品及耐水性，热成型性能好，生产率 高，工艺简单，生产周期短，环保可循环利用。
热塑性复合材料种类：
2. 长纤维增强热塑性复合材料 (LFRT)
• 作为半结构及结构材料，LFRT的开发目标是工业和民用的 各个领域，包括汽车，器械，通讯，电气电子，建筑等。
• 在欧洲的LFRT 的总用量中，汽车部件应用占到80%，已成 为前端组件，车门部件，仪表板支架，车底防护件及其他 结构件的标准材料。
• 20世纪70年代，中长玻璃纤维毡增强聚丙烯的热塑片材 (GMT)诞生，开始了长纤维增强热塑性复合材料的工业化。
• 至80年代初期，出现了长纤维增强热塑性复合材料粒料 • 90年代初期，出现了直接法长纤维热塑性复材成型工艺。
• 由于此类产品在汽车工业领域广泛应用，尤其作为可回收 再利用的材料，长纤维增强复材已经成为复合材料行业增 速最快的产业之一。
热塑性复合材料种类：
通用塑料 PP /PE /PS /PVC 等
工程塑料 PA /POM /PC / TPU 等
特种工程塑料 PES/ PPS/ PEEK 等
纤维增强热塑性复合材料
短纤维增强 e.g. 玻纤增强粒料
长纤维增强 e.g. 长纤维粒料/ GMT
连续纤维 e.g. 织物或单向板材
连续纤维增强复材概述：
连续纤维增强热塑性复合材料 (CFRT)
• 根据LUCITEL 公司的一份报告称，CFRT尚处于生命周期的 发展初期。2014年的CFRT 市场达到1.9亿美元，在过往5年 的全球增长率平均为12%。
• 热塑性复合材料(FRTP)分为 短纤维增强热塑性塑料(SFRT) / 长纤维增强热塑性塑料(LFRT)/ 连续纤维增强热塑性复合材 料塑料(CFRT)
• 根据LUCINTEL 公司市场调研报告，2009-2014年的复合增 长率为5.9%，2014年的销售额达到62亿美元。预计在今后 的十年，其发展速度将达到8-15%，增速超过热固性复材。
• 早期的SFRT 一般选用通用塑料为基体，包括聚丙烯(PP)， 聚乙烯(PE)，聚丙乙烯(PS)，聚氯乙ຫໍສະໝຸດ Baidu(PVC)。增强材料主 要是玻璃纤维，主要用于电器，电子，五金工具及汽车的 非承力构件。
• 随着聚酰胺(PA)，聚甲醛(POM) 等工程塑料的应用扩大， 以及新型工程塑料PET，PES，PPS，PEEK等相继问世；结 合高性能玻璃纤维，芳纶纤维及碳纤维，成为新一代复合 材料，应用扩大至汽车，石油化工，机械等工业领域的次 结构件。
SFRT 短纤维增强
小于1mm
LFRT 长纤维增强
注塑粒料
1mm-25mm
CFRT
连续纤维增强
50mm - ∞
热塑性复材发展情况：
1. 短纤维增强热塑性复合材料 (SFRT)
• 短纤维增强热塑性复合材料是以长度为0.2-0.7mm纤维材 料增强热塑性塑料而制成的复合材料。增强纤维在热塑性 塑料基体中呈均匀无规状分布，含量一般为30%左右。
5. 成型压力低，成型模具费用低 6. 无存放条件限制 7. 废料可以重新回收利用 8. 简化成型工艺环节（针对形状复杂的金属部件而言） 9. 具有可重复/多次成型的特性
热塑性复合材料优点：
可回收
密度小
抗冲击
破损安全
无存放 条件
热塑性复 合材料
比强度高
可设计 性强
成型 周期短
防腐蚀
热塑性复合材料种类：
热塑性复合材料特点：
1. 密度小，比刚度和比强度大，一般密度为1.4-1.6g/cm3。小 于热固性的1.7-2.0g/cm3
2. 韧性优于热固性复材，具有良好抗冲击性能。 3. 物理性能良好，耐热性及耐水性优异 4. 成型周期短，一般为20-60秒。加工过程是加热熔融，冷却
固化定型的物理变化过程，加工过程中不产生任何化学反 应
• 这种粒料在成型作业中经过螺杆，注嘴，模腔内流动等作 业后变得更短，最终制品中的纤维平均长度约只有0.4mm， 对制品的力学性能帮助有限。
• 尽管如此，目前世界对SFRT 的需求仍在持续增长，特别是 在汽车工业的新用途中。
热塑性复合材料种类：
2. 长纤维增强热塑性复合材料 (LFRT)
• 长纤维增强热塑性复合材料的纤维长度一般为10-15mm， 纤维含量一般为30-50%左右。由于纤维长度较长，且成型 时，增强纤维被均匀地分散在基体树脂中，纤维能够完全 被浸渍，可以明显提高制品的力学性能，尤其冲击强度显 著提高。
• 21世纪后，碳纤维的产量快速增长，应用得以普及。欧美 国家将连续纤维增强热塑性复合材料及其成型技术的应用 转向民用工业，如汽车部件，体育用品，建筑材料等。
• 近年，汽车工业的高速发展，对汽车复合材料的提出更高 的要求。CFRT 以其轻质高强，抗冲击性能佳，成型时间短， 废料可以回收再利用的优点，欧美国家正致力促进其产业 化及在各民用领域的推广应用。
• 随着LFT-D 制备技术的成熟（直接法长纤维增强塑性复合 材料及其制造技术）特别在汽车领域的应用，会比传统 GMT 进一步降低制造成本。在未来5-10年间依然是LFRT 此 类复合材料的迅速发展期。
热塑性复合材料种类：
3. 连续纤维增强热塑性复合材料 (CFRT)
• 20世纪80年代初，随着以聚醚醚酮(PEEK) ，聚苯硫醚(PPS) 为代表的特种工程塑料的商品化，以及航空航天工业对高 耐热性和高韧性树脂基复合材料的需求；连续纤维的浸渍 工艺问题得到突破性的发展，以APC-1 及APC-2为代表的高 性能的先进热塑性复材相继问世，主要用在航空工业领域。