碳纖維材料的密度為1.7 g/cm3，僅僅是鋼材料的四分之一，但是其強度卻遠高於鋼材料。儘管碳纖維材料應用成本較高，但因其輕量化、高強度的優勢，在多個領域都得到了重視。碳纖維增強樹脂基複合材料具有高比強度和高比模量、蠕變小、耐腐蝕性能好、易於成型等優點，廣泛應用軌道交通、航空航天、醫療器械、智能機械等不同領域的裝備中。過去，碳纖維複合材料所採用的樹脂基體主要以環氧樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂為主，這類樹脂的缺點也比較明顯，多存在脆性大、耐衝擊性差等問題。
連續碳纖維增強熱塑性複合材料則是一種新型碳纖維增強複合材料，與傳統的碳纖維複合材料主要差異在於基體材料，是將連續碳纖維放入熱塑性樹脂基體中並經過一定的成型方法得到的一種性能優異的複合材料。除了一般的力學性能外，採用熱塑性樹脂製備的碳纖維複合材料可顯著提高韌性、耐衝擊性能，在耐高溫和耐磨性方面都遠勝於環氧樹脂基碳纖維複合材料，因此該材料更適用於對性能要求更高的應用環境，可以說是目前常用的碳纖維複合材料的「進階版」。
然而，之所以在過去連續碳纖維與中高端熱塑性樹脂的結合應用非常少，是因為這類樹脂材料的玻璃化轉變溫度高，成型困難，且加熱熔融後熔體黏度較高導致難以充分浸潤連續碳纖維增強體，對最終的複合材料性能有制約性影響。從實際應用方面看，連續碳纖維增強熱塑性複合材料在生產過程中容易出現多種問題，例如當碳纖維體積比例較大時，熱塑性碳纖維複合材料的性能反而會下降。當碳纖維體積分數達到45-50%時，複合材料中出現的缺陷孔洞就會不斷增多，其孔隙率甚至可以達到4%以上。複合材料孔隙率增大所導致的大量缺陷和孔洞直接降低了複合材料中碳纖維性能的發揮效率。在此情況下，即便碳纖維含量增多了，但是複合材料的拉伸強度和拉伸模量卻不能隨之得到提升。碳纖維表面雜質的阻聚作用等雖然也有一定的影響，但是當碳纖維體積分數增大後，浸潤不充分是造成複合材料空隙率迅速增大的主要原因。
如何解決連續碳纖維與熱塑性樹脂之間的浸潤與熔融問題，是目前推進連續碳纖維增強熱塑性複合材料應用的主要任務。國內碳纖維零部件製造商智上新材料科技前後耗費五年時間，通過對自主研發的設備進行階段式改造，不斷調整工藝方法，有效提升了熱塑性樹脂與連續碳纖維之間的浸潤率。連續碳纖維增強PPS/PA6/PEEK/PI等單向預浸帶產品質量穩定、性能卓越，是製作高端設備理想的零部件原材料。隨着工藝水平的提升，智上新材料有信心將連續碳纖維與中高端熱塑性樹脂的結合技術延伸到更多產品，為碳纖維應用開拓更多領域。
文章來源：碳纖維趨勢、碳纖維生產技術
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