本文整理了網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料(熱塑性預(yù)浸帶/預(yù)浸卷材CFRTP)制作方法（本文來源網(wǎng)絡(luò)資料整理，如有侵權(quán)，請(qǐng)告知。）,連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites , CFRTP)已研究發(fā)展超過25年，CFRTP所使用的增強(qiáng)纖維種類主要有碳纖維、玻璃纖維以及克維拉纖維，基材種類包括PP、PA、PC、PEI、PPS以及PEEK等熱可塑性基材，早期著重于航空及軍事應(yīng)用，2002年開始大幅度成長，并逐步應(yīng)用于汽車、運(yùn)動(dòng)器材、運(yùn)輸、工業(yè)以及其他領(lǐng)域。

CFRTP的主要成型形態(tài)包括單方向纖維預(yù)浸料(Unidirectional Prepreg)、編織纖維預(yù)浸料(Fabric Prepreg)、混合纖維(Commingled yarn)以及其他方式，其中預(yù)浸布(Prepreg)相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用為目前市場(chǎng)上的主流技術(shù)之一。預(yù)估2014年全球連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)值可達(dá)$US188.7 million，年平均成長率12%。

其對(duì)應(yīng)的樹脂載體有，玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸、植物纖維（亞麻）等，預(yù)浸料基體有聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、尼龍系列（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚乳酸（PLA）、PPS、PI、PA、PEI等。

全球主要生產(chǎn)商有：荷蘭帝斯曼（DSM）、德國贏創(chuàng)（EVONIK）、法國阿科瑪（ARKEMA）、比利時(shí)蘇威(SOLVAY)、日本帝人（TEIJIN）及美國赫氏（HEXCEL）、美國杜邦（Dupont）公司。

為了更好地實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能剪裁和樹脂含量控制，同熱固性樹脂基復(fù)合材料一樣，熱塑性復(fù)合材料一般也需要先制成連續(xù)纖維預(yù)浸料，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行復(fù)合材料制件的成型制造。

與熱固性樹脂不同，高性能的熱塑性樹脂基體大多很難溶于化學(xué)溶劑，所以預(yù)浸料的制備一般較少采用樹脂溶液浸漬法，而是采用樹脂熔融浸漬法，但高牲能熱塑住樹脂的熔點(diǎn)高且熔體黏度大，這不僅需要提高加工溫度(通常在300℃以上)，而且還要解決樹脂在纖維上均勻分布和樹脂對(duì)纖維的連續(xù)浸漬問題。

熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料(熱塑性預(yù)浸帶/預(yù)浸卷材)主要含浸工法可區(qū)如下：

溶液法(Solution Impregnation Technique)、熔融法(Melt Impregnation Technique)、薄膜層迭法(Film Stacking Technique)、粉末法(Powder Impregnation Technique)、纖維混編法(Fiber Commingled Technique)、聚合法(In-situ polymerization)。

以CF+PEEK預(yù)浸料圖例

熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料(熱塑性預(yù)浸帶/預(yù)浸卷材)各種方法的特型及優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)介如下：

一、溶液法(Solution Impregnation Technique)

將塑料基材溶于特定溶劑中制備基材溶液，再將增強(qiáng)纖維浸入溶液中，最后將溶劑去除，此法因以溶劑溶解塑料基材，基材黏度較低，可得較佳的含浸效果，但溶劑的選擇、回收、人體安全性等都是限制此法發(fā)展的不利因素。

二、熔融法(Melt Impregnation Technique)

該工藝主要通過加熱，使熱塑性樹脂基材熔融，涂布于離型紙上，然后以壓輥使樹脂基材與增強(qiáng)纖維或織物混合。此法操作較容易，但須注意塑料基材的成膜性及高溫流動(dòng)特性。目前美國litzler公司已經(jīng)量產(chǎn)熱塑性預(yù)浸料生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備幅寬可達(dá)1500毫米，由于獨(dú)有的S型包裹技術(shù)，可以使設(shè)備生產(chǎn)速度達(dá)到30米每分鐘。全球著名的劍桿織機(jī)生產(chǎn)商——德國道尼爾公司，在今年的JEC展會(huì)上也展出了其最新研制的展帶預(yù)浸機(jī)，其可以將單束或多束玻纖紗進(jìn)行展平，同時(shí)預(yù)浸熱塑性樹脂，制成熱塑性預(yù)浸帶。此外，瑞士Santex公司也已經(jīng)最新研制了熔融法熱塑性預(yù)浸帶生產(chǎn)裝備。

先將樹脂加熱熔融，然后纖維通過熔融樹脂得到浸漬，樹脂浸漬的纖維經(jīng)冷卻，并由帶狀拉出機(jī)牽拉甲整得到預(yù)浸料。此法的特點(diǎn)是預(yù)浸料樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)容易控制，脂體熔體不含溶劑，無溶劑污染，預(yù)浸料的揮發(fā)分含量低，避免了由于溶劑的存在而引發(fā)的空隙含量高的內(nèi)部缺陷，特別適用于結(jié)晶性樹臘制備預(yù)浸帶但熔融樹脂法要求樹脂的熔點(diǎn)較低，并在熔融狀態(tài)下其黏度較低，具有較高的表面張力，與纖維有較好的浸潤性。

尤為重要的一點(diǎn)是樹脂在熔融狀態(tài)下，基本上無化學(xué)反應(yīng)，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定住和較小的黏度波動(dòng)。

三、薄膜層迭法(Film Stacking Technique)

薄膜層迭法：該工藝是將熱塑性樹脂膜與增強(qiáng)纖維或織物規(guī)則層迭后，熱壓融浸。此法為熔融法的改良型，可以用較低的加工溫度，但需較長的加工時(shí)間。并注意薄膜制作與層迭含浸的加工限制。

目前，德國MEYER公司、英國Reliant公司，均有此項(xiàng)工藝與裝備。

四、粉末法(Powder Impregnation Technique)

以合成、研磨等化學(xué)或物理方式將塑料基材制成粉末后，透過溶劑、流體化床、靜電等方式使粉末與纖維充分混合后加熱含浸，此法必須控制粉體的粒徑、批覆均勻性，并注意粉體及靜電可能帶來的危害。

先將樹脂制成粉末狀，再以各種不同方式施加到纖維上。這種方法生產(chǎn)效率高、工藝穩(wěn)定且易于控制。根據(jù)工藝過程的不同及樹脂和纖維結(jié)合狀態(tài)的差異，粉末預(yù)浸法可紛為以下兩種方法。

1.  懸浮液鋟清法。該法是制備連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基預(yù)浸料的一種新方法。即將樹脂粉末及其他添加劑配制成懸浮液，碳纖維長絲經(jīng)過漫膠槽，在其中經(jīng)懸浮液充分浸漬后，進(jìn)入加熱爐中熔融、烘干。也可通過噴涂、刷涂等方法使樹脂粉末均勻地分布于碳纖維中。經(jīng)過加熱爐處理后的碳纖維/樹脂柬可制成連續(xù)碳纖維預(yù)浸料。這種方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本低，適用于各種熱塑牲樹脂基體；可有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量，適于生產(chǎn)大型制品，因此是一種很有發(fā)展前途的工藝方法。

2. 流化床浸漬工藝法。該法是使每束碳纖維或織物通過一個(gè)有樹脂粉末的流化床，樹脂粉末懸浮于一般或多股氣流中，氣流在控制的壓力下穿過纖維，所帶的樹脂粉末沉積在碳纖維上，隨后經(jīng)過熔融爐使樹脂熔化并黏附在碳纖維上，再經(jīng)過冷卻定型段，使其表面均勻、平整，最后經(jīng)由收卷裝置收卷制得預(yù)浸料。這種工藝對(duì)碳纖維損傷小，聚合物無降解，具有成本低的潛在優(yōu)勢(shì)，但適合于這種技術(shù)的樹脂粉未必須非常細(xì)小，直徑以l0~ 20μm為宜，而且粉末也難以均勻地黏附在纖雒的表面上，容易造成粉末堆積，形成較多空隙。

3. 粉末懸浮浸漬法

水懸浮浸漬法是近幾年研究得較多的一種工藝。這種工藝中，熱塑性樹脂粉末和表面活性劑在浸漬室中形成水懸浮液，導(dǎo)輥將連續(xù)纖維牽拉入主槽中浸漬，使粉末均勻地滲人纖維之間，然后經(jīng)干燥、加熱壓實(shí)成型，再經(jīng)撤出機(jī)拉出，這種工藝與上述其他工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用資源豐富且無污染的水作為懸浮分散劑，方便易得且易除去；

2.采用連續(xù)纖維沒漬適合于大批量、高效率生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本；

3.樹臘粉末大小在毫米級(jí)，克服了粉末法20μm的極限；

4.水懸浮法操怍容易，安全衛(wèi)生，黏度低，克服了熔融浸漬的高黏問題；

5.僅在熱滾壓時(shí)需要高溫，在熔融顏樹脂階段停留時(shí)間短，減少了其重量損失。大大避免了熱降解，對(duì)溫度敏感的聚合物也可以適用，節(jié)省了能耗。

此法技術(shù)新，成本低上工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，制備周期短，可用于連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑憔樹脂基復(fù)合材料的生產(chǎn)。

五、纖維混編法(Fiber Commingled Technique)

將增強(qiáng)纖維與熱塑基材纖維透過混編、混紗、繞股等方式均勻分散，制成特殊的纖維束，之后經(jīng)過編織成所需織物后加熱加壓成型，此法必須注意避免過程中補(bǔ)強(qiáng)纖維受損。

纖維混編法是將熱塑性樹脂紡成纖維或薄膜帶，然后根據(jù)含膠量的多少將一定比例的增強(qiáng)纖維與樹脂纖維柬緊密地合并成混合紗，再通過一個(gè)高溫密封浸潰區(qū)使樹脂和纖維熔成連續(xù)的基體。該法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量易于控制，纖維能得到充分浸潤，可以直接纏繞成型得到制件。它是一很有前途的方法。但由于制取直徑極細(xì)的熱塑性樹脂纖維(＜10μm)非常困難，同時(shí)編織過程中易造成纖維損傷，限制了這一技術(shù)的應(yīng)用。

六、聚合法(In-situ polymerization)

利用熱塑性高分子之單體或寡聚合物(oligomer)，被覆在纖維上，在將此單體或寡聚合物聚合成所要之高分子基材，此法反應(yīng)控制不易，制程時(shí)間較長。

除了上述熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料含浸工法之選擇外，必須同時(shí)注意復(fù)合材料界面問題，包括補(bǔ)強(qiáng)纖維表面改質(zhì)、纖維表面官能基、基材改質(zhì)、基材/補(bǔ)強(qiáng)材表面能等，如此才能制備具商業(yè)量產(chǎn)性之熱塑性纖維補(bǔ)強(qiáng)預(yù)浸料。

連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用

連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)材料，可應(yīng)用于工業(yè)、民用、軍工等各個(gè)領(lǐng)域，目前已在航空航天、汽車、電器設(shè)備、通訊、體育器械等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1、汽車工業(yè)

“環(huán)保、節(jié)能、汽車輕量化”推動(dòng)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制備、制件設(shè)計(jì)與應(yīng)用快速發(fā)展。以聚丙烯（PP）為基體的長玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在汽車工業(yè)終端制件中占有很大應(yīng)用份額。有數(shù)據(jù)表明，有80％的長玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料需求來自汽車工業(yè)（零配件），目前已在歐洲品牌汽車中得到廣泛的應(yīng)用。而汽車部件的高性能、多樣化的特殊要求，也使長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料對(duì)纖維、樹脂有更多的選擇。汽車上長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料使用部位有：前端模塊、儀表板、門模塊、車身、底板以及其他復(fù)雜形狀配件，既包括使用注塑工藝得到的復(fù)雜部件，也包括使用模塑得到的門窗、車身底板、儀表等，或者作為箱式貨車的車廂護(hù)板、頂棚等層壓板材。

長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在歐洲品牌汽車中的應(yīng)用情況

寶馬在2013年7月29日發(fā)布了新款純電動(dòng)汽車（EV）“i3”，該車整車使用碳纖維復(fù)合材料，由德國大型材料廠商西格里(SGL)與寶馬的合資公司使用三菱麗陽開發(fā)的碳纖維原紗，利用樹脂等材料將其加工成CFRP(碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料)，提供給寶馬的EV。在三家公司的合作下，成型的時(shí)間縮短到10分鐘之內(nèi)，使成本降低到了實(shí)用水平。

2.防護(hù)產(chǎn)品

斯蒂芬妮·克沃勒克（Stephaine Kwolek）在上世紀(jì)60年代發(fā)明了芳綸1414，并根據(jù)其名字命名為凱夫拉（Kevlar），該材料首先被應(yīng)用于軍事，制造防彈衣、頭盔等。在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，凱夫拉幾乎就等于防彈材料的代名詞。后來隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高分子量高強(qiáng)高模聚乙烯纖維、碳纖維等高性能纖維，使熱塑性復(fù)合材料有了更多的選擇，但芳綸仍然是該類材料優(yōu)先選擇。

使用芳綸1414長纖維或高分子量高強(qiáng)高模聚乙烯長纖維，進(jìn)行溶液浸漬得到預(yù)浸料，并把多層預(yù)浸料進(jìn)行0/90°疊加，然后加熱模壓得到熱塑性復(fù)合材料，該材料可以用于防彈衣、盾牌、頭盔等。

３.航空航天、高鐵等

航天、航空等對(duì)先進(jìn)、高性能材料有著特殊的需求，該領(lǐng)域不同產(chǎn)品對(duì)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料有多樣性的要求，這其中以碳纖維復(fù)合材料最為突出。纖維復(fù)合材料以其獨(dú)特、卓越的理化性能，廣泛應(yīng)用在火箭、導(dǎo)彈和高速飛行器等航空航天業(yè)。例如采用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料制造的飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭等宇宙飛行器，不但推力大，噪音??；而且由于其質(zhì)量較輕，所以動(dòng)力消耗少，可節(jié)約大量燃料。據(jù)報(bào)道，航天飛行器的質(zhì)量每減少lkg，就可使運(yùn)載火箭減輕500kg。2007年面世的超大型飛機(jī)A380，復(fù)合材料的密度達(dá)23％。美國波音公司20世紀(jì)90年代初推出的波音777型客機(jī)也大量采用了復(fù)合材料達(dá)到10%以上，而其2007年下線的B787整機(jī)主體結(jié)構(gòu)都是碳纖維復(fù)合材料制得。

4.建材

連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在高檔建材領(lǐng)域使用主要以板材為主，主要是用連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)PP，重量輕，比強(qiáng)度、比模量高、耐腐蝕、耐水性好，使用方便、成本低、可以根據(jù)需要裁切，可以用螺釘，鉚釘安裝，也可以熱融焊接等優(yōu)點(diǎn)，可以用作墻板、墻體襯板、以及建筑模板等。

連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料還可用于制作高品質(zhì)的塑料管材。北京化工大學(xué)發(fā)采用連續(xù)長纖維增強(qiáng)高密度聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等熱塑性塑料，纏繞成型制造承壓塑料管，特別是大口徑塑料管，設(shè)計(jì)壓力可達(dá)到1.2MPa，設(shè)計(jì)壁厚可比同類塑料管的壁厚減少10～50%，具有強(qiáng)度高、成本低、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。

目前世界一些著名的高分子材料公司如美國通用、泰科納、杜邦，英國ICI，德國的巴斯夫、拜耳，日本的住友、日本智索，沙特的沙基，韓國的三星等有連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料工業(yè)化產(chǎn)品。國內(nèi)的金發(fā)、杰事杰、普利特、海爾新材等也對(duì)連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行研發(fā)和工業(yè)化產(chǎn)品出售，但和國外有一些差距。其他還有一些規(guī)模比較小的企業(yè)，針對(duì)某一特點(diǎn)產(chǎn)品，如板材、成型件等進(jìn)行開發(fā)，形成自身的特點(diǎn)。關(guān)于熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料(熱塑性預(yù)浸帶/預(yù)浸卷材CFRTP)制作方法，國內(nèi)企業(yè)尚處理啟步階段，目前棧料主要應(yīng)在于高鐵、汽車、建材等領(lǐng)域。相關(guān)設(shè)備相關(guān)企業(yè)尚處理探索階段，設(shè)備中的熱源，參照國外技術(shù)，日系的輥體主要是TOKUDEN公司提供的高溫電磁加熱輥，歐美主要是以熱媒油加熱方式為主，針對(duì)日系方案，國內(nèi)可替代的加熱輥制造商可以選擇上海聯(lián)凈。

熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料(熱塑性預(yù)浸帶/預(yù)浸卷材CFRTP)材料，連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料因其顯著的優(yōu)點(diǎn)在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，而隨著技術(shù)的進(jìn)步和連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料成本的進(jìn)一步降低，其應(yīng)用必將更加廣泛。

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