運(yùn)輸工具的輕量化發(fā)展趨勢促使復(fù)合材料被大量應(yīng)用在其中。但是，車用部件要求大量且快速的生產(chǎn)，傳統(tǒng)使用熱固性樹脂的復(fù)合材料很難配合，熱固性復(fù)材固化成型時間長，模塑成本高，成為了運(yùn)輸工具行業(yè)導(dǎo)入復(fù)合材料的一大瓶頸。

相對熱固性樹脂而言，熱塑性復(fù)合材料具有許多先天的優(yōu)勢：可快速塑形生產(chǎn)，預(yù)浸料不需低溫即可長時間保存，可重復(fù)加熱塑形藉以降低不良品的發(fā)生，制品可回收再利用等。這些優(yōu)勢對于大批量生產(chǎn)的部件來說，最能符合成本效益。使用單向連續(xù)碳纖維或編織布浸潤的熱塑性復(fù)材，其纖維長度長，分布具方向性，能夠設(shè)計復(fù)合材料需要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足設(shè)計應(yīng)用的要求，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，已經(jīng)發(fā)展成為在新能源車取代金屬應(yīng)用的全球趨勢。

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圖1：碳纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料破壞后斷面電子顯微鏡照片

現(xiàn)今，熱塑連續(xù)碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝主要問題點(diǎn)在于商品化碳纖維表面處理均以熱固性樹脂為目標(biāo)，此種碳纖維與熱塑性樹脂接著界面強(qiáng)度普遍不足，甚至含浸不良。其中界面強(qiáng)度不足必須在碳纖維表面改性、或涂布浸潤劑加以克服，或?qū)⑻祭w維燒制后，施以電化學(xué)濕式或是電漿干式處理，使纖維表面生成有限的官能基，再涂覆浸潤劑，增加此官能基與樹脂基材鍵接，從而增強(qiáng)界面強(qiáng)度并幫助含浸。

在眾多熱塑樹脂基材中，聚丙烯(PP, Polypropylene) 容易取得，機(jī)械性能佳，耐候、耐化性優(yōu)良，廣泛運(yùn)用于車用材料。然而，聚丙烯化學(xué)結(jié)構(gòu)中并無官能基，這成為商業(yè)化生產(chǎn)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料最大障礙。

近日“聚創(chuàng)新材料公司”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在熱塑型碳纖維浸潤劑有了新的突破。新的熱塑型浸潤劑配方中添加了特殊的偶聯(lián)劑，一側(cè)可有效與常規(guī)碳纖維表面產(chǎn)生化學(xué)接枝，另一側(cè)可與聚丙烯樹脂產(chǎn)生良好鍵結(jié)。藉由這個新配方牢牢結(jié)合纖維與樹脂兩邊，發(fā)揮復(fù)合材料一加一大于二的復(fù)合效果。

新的熱塑型浸潤劑另一個主要用途在于提供碳纖維紗束良好的保護(hù)與加工性能，例如：纖維的集束性與抗磨擦毛羽性變得更好。聚創(chuàng)新材料公司研發(fā)出的潤滑劑，適當(dāng)比例添加于浸潤劑配方中，便可加強(qiáng)對碳纖維的保護(hù)，減少后制程中斷絲停工的發(fā)生機(jī)率。

研究團(tuán)隊(duì)更發(fā)現(xiàn)可以在不去除原有纖維表面浸潤劑的情形下，直接浸涂新的浸潤劑也能達(dá)到增強(qiáng)性能的效果。為驗(yàn)證此種假設(shè)，聚創(chuàng)與科森復(fù)合材料公司以商品級3k T300 平紋布含浸聚丙烯樹脂，壓制板材進(jìn)行三點(diǎn)抗彎實(shí)驗(yàn)測試新浸潤劑的效能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)新型熱塑性浸潤劑的良好效果。圖一斷面破壞電子顯微放大圖，我們可以看出浸潤劑在纖維表面形成一個相當(dāng)好的界面，碳纖維聚丙烯復(fù)合材料在抗曲測試破壞后，樹脂仍緊緊包覆住纖維。

這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，以未去漿處理的碳纖維布直接浸泡聚創(chuàng)新型浸潤劑制板，其斷裂應(yīng)力強(qiáng)度較未處理之試片能有效提高146%。

“水性碳纖維浸潤劑符合科森公司環(huán)保的要求，讓我們在加工上更安全。使用浸潤劑處理后制成的熱塑碳纖維材料，具有良好的機(jī)械性能，為復(fù)材在汽車輕量化的應(yīng)用開啟了更多商機(jī)。”科森復(fù)合材料總經(jīng)理Dr.Szesu Soong 提到。

“我們研發(fā)的水性浸潤劑能有效將碳纖維與聚丙烯(PP) 樹脂結(jié)合，提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。”聚創(chuàng)新材料總經(jīng)理Rick Chen 表示，“藉由浸潤劑增強(qiáng)后的碳纖維與樹脂結(jié)合后，我們不僅可以調(diào)整纖維的加工性能，更能提高復(fù)材的機(jī)械表現(xiàn)。”

隨著市場對制品越來越要求強(qiáng)度高與重量輕，碳纖維復(fù)合材料無疑將更廣泛的被應(yīng)用。熱塑性碳纖維復(fù)合材料具有的種種優(yōu)勢，尤其可快速成型又可環(huán)保回收，勢必能成為應(yīng)用發(fā)展的趨勢。透過新型熱塑性碳纖維浸潤劑強(qiáng)化后的碳纖維制品，不僅能提高復(fù)合材料的性能，更能代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，為運(yùn)輸、航空、能源、醫(yī)療與休閑運(yùn)動等領(lǐng)域開發(fā)出更多可能。

來源：榮格