1碳纖維預浸料

1.1 碳纖維預浸料

碳纖維預浸料是指連續碳纖維、碳纖維織物或短切碳纖維在一定工藝條件下經過樹脂基體浸漬形成的碳纖維/樹脂基體的混合體，它是制造先進復合材料結構件的一種主要材料方式。

作為一種纖維增強樹脂基材料，碳纖維預浸料在高溫加壓條件下可以固化成型，從而得到高強質輕的復合材料結構件。復合材料幾種主要成型技術如圖1所示，而預浸料依靠其優異性能成為復合材料主流材料之一。

圖1 復合材料主要成型技術

圖2顯示了復合材料與傳統金屬、混凝土、木材等材料的性能對比，復合材料的性能優勢體現在：重量輕、強度高、剛度好等；尤其是其輕質高強的優點，使其成為航空、航天、汽車輕量化等青睞的關鍵材料。

圖2 復合材料主要性能優勢

1.2 碳纖維預浸料主要形式

碳纖維預浸料主要由碳纖維和樹脂基體兩大組分組成，按照碳纖維增強方式，碳纖維預浸料可以分為單向增強和多向增強兩種，如圖3所示。目前碳纖維預浸料已經在航空航天、工業領域獲得廣泛應用。

圖3 碳纖維預浸料主要形式

2碳纖維預浸料中的材料性能

2.1 碳纖維

碳纖維與其他增強纖維的密度和成本對比如圖4所示，碳纖維的密度介于芳綸纖維與玻璃纖維之間，其成本要高于其他傳統增強纖維，尤其是高模量碳纖維成本最高。

圖4 碳纖維密度、成本與其他增強纖維對比

碳纖維與其他增強纖維力學性能對比如圖5所示，碳纖維在強度和模量上較之其他增強纖維均具有一定優勢。但是，碳纖維生產成本也是遠遠高于其他增強纖維。

圖5 碳纖維性能與其他增強纖維對比

2.2 碳纖維織物

按照碳纖維編織方式，碳纖維織物可以分為機織物、針織物和無紡布，其中機織物按照經、緯向纖維交織規律可以分為平紋、斜紋和緞紋，如圖6所示。

圖6 碳纖維機織物幾種形式

碳纖維無紡布又稱非織造布，它是指未經編織一種織物，如圖7所示，傳統紡織纖維無紡布成型方法主要包括水刺法、針刺法、熱軋法等方法。

圖7 碳纖維無紡布

2.3 樹脂基體性能

目前碳纖維預浸料常用的樹脂基體為環氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬樹脂等，不同類型樹脂的優點、使用情況如下表所示。

3碳纖維預浸料加工工藝

碳纖維預浸料主要有兩種生產方式：一種為直接將樹脂加熱，以降低其黏度，便于均勻散布于纖維之間，稱為熱熔法。另一種為將樹脂溶于溶劑中來降低黏度，待樹脂含浸纖維后再加熱使溶劑揮發，稱為溶液浸漬法。

目前碳纖維預浸料常用的熱熔法又可以分為一步法（圖8）和兩步法（圖9）。在兩步法中第一步需要先制備樹脂膜，然后進行預浸處理，目前國內碳纖維預浸料約90%工藝采用熱熔兩步法。

▲ 圖8 碳纖維預浸料熱熔一步法成型工藝

▲ 圖9 碳纖維預浸料熱熔兩步法成型工藝