【专题综述】连续纤维增强热塑性预浸料发展现状

2024-03-27 85

预浸料是由一种或者几种树脂基体浸渍连续纤维或织物制成的组合物,是复合材料由原料向制品过渡的中间材料,主要分为单向纤维预浸料、织物纤维预浸料和混合纤维预浸料等形式。将预浸料釆用相应的铺层形式铺在成型模具上,经过加热熔融使得树脂流动并与增强材料充分混合,冷却固化后即可得到所需的热塑性复合材料。


由于预浸料具有纤维成分比例可控、制备工艺种类多且成熟、使用方便等优点,难分散的纤维束如碳纤维等一般先制成预浸料,然后再制成复合材料。为了使制备复合材料过程中树脂熔融和流动所需的能量最小化,预浸料中增强纤维应均匀分散于热塑性基体中,从而减少聚合物的长距离流动。如何更好地浸润纤维是热塑性预浸料制作时面临的主要挑战,因此,选择适合的浸渍方法和工艺参数是影响热塑性预浸料性能的关键因素。


国内外研究机构开发了多种热塑性预浸料制备工艺,目前主流的制备工艺按树脂基体形态分为预浸渍法和后浸渍法(预混法)两大类。预浸渍法是指基体以溶液或黏流态的形式充分浸润增强纤维,经冷却定型后得到预浸带,可分为溶液浸渍法、熔融浸渍法及反应链增长浸渍法;后浸渍法的树脂基体形态多样,多以粉末、薄膜或者纤维为主,将树脂与增强纤维混合后经高温熔融浸渍得到预浸料,制备工艺可分为纤维混杂法、粉末浸渍法和薄膜叠层法,图1(a),(b),(c)分别为纤维混杂浸渍、粉末浸渍和薄膜叠层法制备热塑性预浸带的原理图,图1(d)为单向纤维预浸带示意图。


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连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)是指以热塑性树脂为基体,连续性纤维为增强材料,经过树脂熔融浸渍、挤压等工艺形成的轻质、高强度、高刚性、高韧性、可回收的新型热塑性复合材料。


与热固性复合材料相比,连续纤维增强热塑性复合材料具有成型工艺简单且周期短、原材料储存不受限、可回收循环利用等优点,在航空航天,交通运输,汽车工业,电子电气,运动休闲等领域广泛应用,成为近年来国内外复合材料企业研究和开发的热点。

国外连续纤维增强热塑性复合材料发展于20世纪70年代,目前在相关预浸料及制品制备技术上已发展成熟,国外行业龙头企业已完成了高性能热塑性复合材料的产业化生产。



国外相关企业有:


塞拉尼斯


塞拉尼斯Celstran® CFR-TP 产品系列包括各种连续纤维增强热塑性塑料 (CFR-TP),Celstran® CFR-TP 使用专利工艺实现高浸渍质量而不会损坏纤维,在塞拉尼斯热塑性塑料的制造过程中,增强纤维的每根单丝都被充分润湿,这些产品以连续片材形式作为卷材提供。
树脂基体:可选用PPS、PEEK、PVDF、PBT/PET、PP、HDPE、PAA/PPA、POM、TPU 和其他材料
增强体:玻璃纤维、碳纤维或者芳纶纤维等
官网:https://www.celanese.com.cn/


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塞拉尼斯Celstran® CFR-TP产品组合

东丽


东丽先进复合材料公司拥有40多年热塑性复合材料创新经验,其热塑性高级轻质材料Cetex®具有出色的机械性能,耐用性和强度,有UD单向带、织物预浸料和热塑性层压板等产品形式,应用于医疗、运动休闲、消费性电子、汽车和工业等市场。
树脂基体:PEKK、LMPAEK、PEI、PPS、PEEK、PA6、PP、HDPE等
增强体:碳纤、玻纤、芳酰胺
官网:https://www.toraytac.com/


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朗盛

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朗盛的连续纤维增强热塑性复合材料Tepex®dynalite系列产品,连续纤维结构与热塑性聚合物完全固结,可提供最大的强度和刚度,典型的应用是工业和汽车应用以及体育用品,电子产品。
树脂基体:PA 6、PA 6.6 、PA 12、PP、TPU、阻燃PC等,也可根据客户要求,提供PPS、HDPE、PA11 和 PLA等热塑性聚合物基材
增强体:碳纤维布、粗纱玻璃布、长丝玻璃布、碳纤维单向、单向粗纱玻璃布、单向粗纱玻璃布以及随机玻璃亚光(无纺布)等
官网:https://lanxess.com/


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朗盛Tepex连续纤维增强热塑性复合材料应用于奔驰S级轿车高级自动化驾驶辅助系统中的电池托架


索尔维

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索尔维的 Evolite 和 APC 预浸料具有出色的力学性能、生产周期短并可以循环使用,专为超轻型复合材料应用而设计,适合例如大批量汽车以及石油和天然气应用。
Evolite®树脂基体:PVDF(CF)、PPS 、PPA(CF/GF)等
APC™树脂基体:PEEK、PEKK-FC(CF/GF)、PEI等
官网:https://www.solvay.com/zh-cn/


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 Evolite 和 APC 预浸料产品组合


帝斯曼


DSM基于Akulon,EcoPaXX和ForTii UD胶带的复合材料是可行的轻质金属替代品,这些具有连续碳纤维或玻璃纤维增强材料的聚酰胺基UD胶带可用于汽车内部和外部应用。
树脂基体:Akulon® PA6 、Akulon ® PA66、EcoPaXX® PA410、ForTii® Ace PPA
增强体:碳纤、玻纤
官网:https://www.dsm.com/



巴斯夫

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巴斯夫从2013年10月开始,向客户提供产品名称为Ultracom™的产品,包括复合材料(热塑性层压板Ultralaminate™及单向预浸带Ultratape™)以及用于包覆成型的聚合物Ultramid®(PA)。
树脂基体:PA6
增强体:玻纤、碳纤


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2019年8月,巴斯夫与东丽签署协议,专注于为汽车和工业市场生产连续纤维增强热塑性塑料(CFRT)胶带。
官网:https://www.basf.com/



科思创

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科思创Maezio® 热塑性复合材料将高强度的碳纤维或玻璃纤维与热塑性塑料强强结合,综合了高品质的外观、轻量化、高强度和多种加工方式以及可回收等优势,能广泛应用于汽车交通、电子电气、运动休闲和消费品等领域。
树脂基体:PC、TPU、PC/ABS等
增强体:玻纤/碳纤
官网:https://www.covestro.com/


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科思创Maezio® 连续纤维增强热塑性 (CFRTP) 复合材料应用于蔚来汽车轮毂


帝人


帝人从2011年9月开始批量供应碳纤维增强的热塑性预浸料,树脂基体包括PEEK,PEI和PC等,并初次确定了连续纤维增强热塑性复合材料在1 min内成型的新技术,其应用目标包括汽车、航天航空和一般工业领域。
树脂基体:PEEK,PPS,PA和PC等
增强体:碳纤维
官网:https://www.teijin.com/


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 帝人热塑性预浸料产品

埃万特


埃万特Polystrand™连续纤维增强热塑性(CFRTP)胶带和层压材料,采用高强度单向纤维和工程热塑性树脂结合制成,可以在减重的同时保持出色的强度和抗冲击性。Polystrand™还可与多种内部芯材(包括热塑性泡沫和蜂窝芯材)热粘合制成复合板材。
树脂基体:PP, PE, PETG, PET, PA6等
增强体:玻纤、芳纶
官网:https://www.avient.com/


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Rome Black Label单板滑雪固定器使用了Polystrand™连续纤维增强热塑性复合材料

赢创


赢创VESTAPE®连续性单向纤维增强的热塑性复合材料,树脂基体有PA12和PEEK等高性能聚合物,高玻璃化转变温度,耐温性能好,吸水率低,耐化性卓越,可以在较宽的温度范围内保持优异的性能,可应用于航天航空、石油天然气运输等领域。
树脂基体:PA12和PEEK等
增强体:碳纤
官网:https://corporate.evonik.com/en


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赢创热塑性单向带及层压板产品

三井化学


TAFNEX™ CF/PP是一款由三井化学公司独自开发的碳纤维强化聚丙烯复合单向预浸带产品,重量轻、刚性高、成型性好。该材料与 PP 具有极高的亲和力,适用于诸如创建用于嵌入注塑成型的集成件或集成发泡 PP 夹层等应用。TAFNEX ™旨在适用于汽车、工业和消费领域的一系列应用。
树脂基体:PP
增强体:碳纤维
官网:https://jp.mitsuichemicals.com/en/


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TAFNEX™ CF/PP特性及应用

三菱化学

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作为高性能热塑性塑料半成品和工程解决方案的领先制造商,三菱化学开发了采用碳纤维增强注塑成型技术的热塑性复合材料KyronMAX™产品系列,用于高强度和高刚度零件的制造;以及基于碳纤维热塑性复合材料压缩成型加工的 KyronTEX™ 系列产品,用于最高性能领域和更大的零件;以及正在开发中的热塑性复合材料 Kyron™ ULTRA,可用于航空航天、工业、机动性和滑雪板等广泛领域。
树脂基体:PEEK、PEI、PA、PPS等
增强体:碳纤维、玻纤等



国内企业有:



广州金发碳纤维新材料发展有限公司


金发碳纤维是金发科技的全资子公司,主要生产连续纤维增强热塑性带材、板材以及其它轻质高强的复合材料、热固性复合材料。
树脂基体:PP、PE、PA、ABS等
增强体:玻璃纤维、碳纤维等
官网:http://kcf.kingfa.com/


 浙江遂金复合材料有限公司

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浙江遂金复合材料有限公司,隶属于杭州钢铁集团旗下的浙江省遂昌金矿有限公司,是生产连续玻纤增强热塑性复合材料的高新技术企业,主要产品包括连续玻纤增强热塑性复合材料带材(UD)、增强蜂窝板材、增强EPP泡沫板材等,产品应用领域覆盖汽车行业、轨道交通、安全防护、体育器材、建筑行业、管道基建等。
树脂基体:PP、PA6、HDPE
增强体:玻纤
官网:http://www.sjfhcl.com/



江苏奇一科技有限公司

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江苏奇一科技有限公司成立于2009年,是一家致力于连续纤维增强热塑性复合材料研发和生产的高新技术企业,是中国高性能复合材料开发、应用技术的领跑者。奇一科技自主研发的CFRPLUS®系列产品因其具有轻质、高强、抗冲击、耐腐蚀、环保、可回收等优良特性,适用于交通运输、航空航天、石油化工等领域。
树脂基体:PP, PE, PA, PEEK等
增强体:玻纤、碳纤
官网:http://www.china-qiyi.com/



青岛中集创赢复合材料科技有限公司



青岛中集创赢复合材料科技有限公司是中国国际海运集装箱集团股份有限公司控股子公司,主要从事连续纤维增强热塑性复合材料的研发、生产和销售,产品包括单向带、层压板、夹芯板等。应用于车辆、集装箱、建筑、家居、航空等相关领域。
树脂基体:聚丙烯(PP),聚乙烯(PE),尼龙(PA)
增强体:玻璃纤维,芳纶纤维,碳纤维
官网:http://www.cimc-qccc.com/


江苏科悦新材料有限公司

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江苏科悦新材料有限公司专注于高性能连续纤维增强热塑性复合材料、无卤阻燃高分子材料的研发、生产。连续纤维增强热塑性复合材料产品包括KeyTex® CFRT纤维织物热塑性复合材料、UniPreg® 连续纤维增强热塑性单向带、MultiTex® 连续纤维增强热塑性层合板、EcoLite® 蜂窝夹芯板等。
树脂基体:PA6、PA66、PC、TPU、PET等热塑性工程塑料
增强体:增强体:玻纤、碳纤、芳纶纤维等高性能纤维织物
官网:http://www.keyuechina.com/



多鸣(青岛)新材料科技有限公司



多鸣(青岛)新材料科技有限公司专注于从事连续纤维增强热塑性复合材料的研发、生产,主要产品有:预浸带、热塑性复合蜂窝板、层压板、热塑性蜂窝芯、热塑性复合片材、热塑性复合板材、CFRTP等热塑性复合材料。
树脂基体:PP、PA6、HDPE等
增强体:玻纤
官网:https://www.dmfrtp.com/



上海杰事杰新材料股份有限公司


杰事杰集团利用自主研发的装备和工艺生产出了连续纤维增强热塑性复合材料,主要相关产品有:连续纤维增强热塑性单向预浸带(简称:TPAC预浸带)、连续纤维增强热塑性结构板材(简称:TPAC结构板材)。
树脂基体:PP、PE、PA6、PET等
增强体:玻纤等
官网:http://www.geniuscn.com/



常州市愉悦复合材料科技有限公司

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常州市愉悦复合材料科技有限公司专业从事高性能复合材料的研发、生产,主要产品有热塑性蜂窝芯材、连续玻纤增强复合材料带材、热塑性复合材料蜂窝板,具有轻质高强、绿色环保等优异特点,应用覆盖汽车行业、轨道交通、安全防护、体育器材、建筑行业等。
树脂基体:PA6、PP、HDPE、PVC等
增强体:玻纤
官网:http://www.cz-uwell.com/



江苏韩塑新材料有限公司

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江苏韩塑新材料有限公司工厂成立于2013年,是一家以高性能非金属复合材料为主体,集研发、生产、销售为一体的高科技企业,主要产品为100-1000mm宽幅高性能热塑预浸料复合材料及改性工程塑料共200多种产品,广泛应用于汽车、高铁、航空、医疗、运动用品等领域,目前年产量3万吨。
树脂基体:PEEK,PEI,PES,PEKK,PPS,PES,PA,PC等
增强体:碳纤
官网:http://www.h-poly.com/



江苏亨博复合材料有限公司


江苏亨博复合材料有限公司致力于开发、生产连续纤维增强PAEK复合材料,可根据客户需求定制各种规格的预浸料及复合板,推出的单向及织物预浸料以PAEK树脂为基体,连续碳纤维、玻璃纤维为增强材料,经亨博自主研发的成型方式生产而成,预浸料中纤维含量达60%~70%,可提供出色的机械性能,应用于航空、工业、油气及医疗等领域。
树脂基体:PEEK(PAEK)、PPS、PA、PC等
增强体:碳纤维、玻璃纤维
官网:http://www.hengbopaek.com/



振石集团华美新材料有限公司

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振石集团华美新材料有限公司是一家专业复合材料生产企业,主要生产玻璃纤维门、热塑、热固、拉挤等复合材料产品,广泛应用于建筑、汽车以及风能行业。
树脂基体:PP,HDPE,PA6,PET等
增强体:玻纤E6,E7等
官网:http://www.txhuamei.com/


江苏澳盛科技复合材料科技有限公司

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江苏澳盛复合材料科技有限公司2002年创立,专业从事碳纤维、芳纶等高性能纤维复合材料制品的研发和生产,应用于运动休闲、建筑和桥梁加固、医疗器械、3C电子、风机叶片、汽车、轨道交通等领域。
树脂基体:PC,PP,TPU,PA等
增强体:碳纤维、玻纤、芳纶
官网:https://www.aosheng-china.com/



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