預(yù)浸材料,亦稱預(yù)浸纖維,是指通過樹脂體系(涵蓋熱固性或熱塑性)預(yù)先浸漬處理的加固織物。此類柔性片材可直接鋪設(shè)于模具中以成型所需形狀,無需額外添加材料,廣泛應(yīng)用于先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造。
預(yù)浸材料的類型:材料與形式的多樣性
從廣義而言,預(yù)浸料由基體聚合物浸漬的加固纖維構(gòu)成:纖維形式涵蓋絲、帶、織物等,材質(zhì)通常選用玻璃、碳、玄武巖、凱夫拉爾等合成纖維;基體則分為熱塑性(如PE、尼龍、PPS、PEEK、PEKK、PEI)與熱固性(如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂)兩類,豐富的纖維-基體組合賦予其廣泛的性能適配空間。
熱固性預(yù)浸材料
熱固性預(yù)浸材料通過將纖維加固物與液態(tài)熱固性樹脂浸漬制成。“熱固性”指該類聚合物在加熱及固化劑作用下會發(fā)生硬化(“固化”)反應(yīng),且無法重新熔化或塑形。其固化過程分為三個階段:A階段為樹脂與固化劑混合(無化學(xué)反應(yīng));B階段化學(xué)反應(yīng)啟動,混合物粘度與粘性逐漸升高;C階段經(jīng)高壓釜催化后,樹脂完全固化。
纖維經(jīng)熱固性樹脂浸漬后,預(yù)浸料會被輥壓并儲存在溫濕度可控環(huán)境中,直至用于制造。切割成所需形狀后鋪設(shè)于模具中,由于環(huán)氧樹脂處于B階段,使用前需冷藏或冷凍保存,否則總保質(zhì)期通常不足8周。
熱固性預(yù)浸料中最常用的樹脂為環(huán)氧樹脂與聚酯:環(huán)氧樹脂機械性能優(yōu)異且耐化學(xué)腐蝕性強;聚酯熱固性樹脂成本較低,抗沖擊與耐磨性良好,但機械性能弱于環(huán)氧樹脂。此類材料廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車及風(fēng)能領(lǐng)域,以高強度重量比、卓越抗疲勞性著稱,是制造飛機部件、賽車組件及風(fēng)力渦輪機葉片等高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的首選。
熱塑性預(yù)浸材料
熱塑性預(yù)浸材料由纖維加固物與熱塑性樹脂(如聚乙烯、聚丙烯)浸漬制成,通過加熱至特定溫度后冷卻形成固態(tài)復(fù)合材料。與熱固性不同,熱塑性預(yù)浸料采用可多次熔化的熱塑性塑料:低溫型包括PP、PET、PE、PA、PPS等,聚乙烯與聚丙烯因耐化學(xué)性佳、密度低,適用于輕量化需求場景;聚酰胺(尼龍)則以韌性、高耐磨性及良好抗疲勞性見長。高溫型如PEEK、PEK、PEI等性能更優(yōu)。
熱塑性預(yù)浸料具備可重復(fù)加熱重塑、環(huán)境耐受性提升及抗沖擊性改善等優(yōu)勢,且室溫下穩(wěn)定,通常無儲存期限限制。然而,其制造難度較高——液態(tài)熱固性材料可快速浸透纖維并避免氣泡,而熱塑性塑料因粘度較大,纖維浸漬過程更具挑戰(zhàn)性。
毛氈帶與碳玄武巖纖維復(fù)合材料(CCF)
此外,還存在由纖維浸漬熱固性(最常見)或熱塑性塑料制成的復(fù)合材料,其特征為連續(xù)纖維纏繞于卷軸,便于處理與儲存。例如,毛氈帶寬度范圍3-300毫米,適用于自動纖維鋪放(AFP)與自動鋪帶(ATL)技術(shù),主要用于3D打印簡單平面形狀及快速生產(chǎn),且?guī)Р脑秸尚托螤畹膹?fù)雜性越高。杰呈3D則采用預(yù)浸漬的碳纖維與玄武巖纖維線材,實現(xiàn)具有高度復(fù)雜形狀的連續(xù)纖維增強部件3D打印。
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