连续纤维增强热塑性复合材料的应用

 　　连续纤维增强热塑性复合材料

　　

　　随着工业制造技术和塑料改性技术的不断发展，以塑代钢已经在汽车制造、移动办公以及家居行业中形成一种趋势，许多传统的金属部件，逐渐被高性能的塑料所替代。 连续纤维增强热塑性复合材料由于轻质、高刚度、高韧性等特性，在汽车工业，航空航天，军工，电子等诸多领域已经普及，具有极大的市场应用空间。

　　

　　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。

　　

　　

　　

　　国内连续纤维增强高性能热塑性复合材料起步较晚，但发展速度较快，目前国内企业已掌握了连续玻纤增强热塑性单向带、层合板、蜂窝板产品的技术核心，并在国内已经大批量的应用于管道、轨道交通、商用车轻量化等领域。

　　

　　此外，在以连续碳纤维和芳纶纤维等作为增强材料的先进热塑性复合材料的开发与应用方面也取得了一定的进展，全国产化正在加快进程。

　　

　　航空

　　

　　根据波音公司的 2020-2039 年商业市场展望，到2039年，全球将有48,400架商用飞机飞行，比2019 增加22,500 架。与此同时，航空公司正在加快旧飞机的更换周期，以提高机队的效率和可持续性。 热塑性复合材料可以帮助航空航天制造商满足这种迅速增长的需求。

　　

　　航天航空领域一般采用高性能的碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维作为其增强材料，使用PEEK、PPS、PES作为树脂基，一般使用在耐热不超过425℃的部件。由于这些热塑性树脂具有良好的耐温性，使得其成为热塑性复合材料领域异常活跃的研究开发热点。

　　

　

　　

　　METEOR项目联盟优化热塑性预浸料生产，实现CFRTP在航空结构上的产业化应用。METEOR的任务是确定、开发和优化价值链的所有步骤，从而降低预浸料制造的成本和能源，继而实现碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）在工业规模的航空结构上的应用，据说这是一个有待开发的空间。该项目的各个阶段包括聚醚酮酮（PEKK）的合成和微粉化、各种纤维增强材料的浸渍、悬垂和固结OOA等。

　　

　　作为空中客车30多年来的顶级供应商，Teijin为空中客车提供了Tenax碳纤维，用于各种飞机家族。2014年5月，Tenax TPCL被列入空客公司的合格产品名单，成为全球首个在空客飞机主要结构部件中使用碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）的公司。Tenax TPCL采用高冲击、耐热、耐化学聚醚酮（PEEK）热塑性树脂制成的碳纤维复合材料，由德国Teijin carbon Europe提供。

　　

　　消费类电子

　　

　　笔记本电脑是一种小型化、移动便携设备，随着技术更迭，轻薄化成为笔电发展的重要趋势。外壳是笔记本电脑机体的保护结构，同时也影响着笔电的散热、美观及重量。

　　

　　质轻高强，加工性能好的连续纤维增强热塑性复合材料可满足笔电轻薄化结构要求，片材的性能可根据带材层叠设计调节，通过模压+注塑设计功能集成，实现具有成本效益的批量加工。

　　

　　除了笔记本电脑外，CFRTP材料在手机、平板等电子产品外壳上广泛应用。

　　

　　

　　

　　东丽碳纤维复合材料应用于多款笔记本电脑外壳。早在2013年，索尼就与TORAY合作，采用单向碳纤维复合材料打造轻薄的笔电外壳，推出多款碳纤维复合材料外壳的笔电产品，比如近两年的、VAIO SX14，以及世界首款立体成型碳纤维机身的笔记本电脑——VAIO? Z等。

　　

　　科思创开发出连续纤维增强热塑性复合材料电脑外壳。科思创Maezio?连续纤维增强热塑性复合材料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。

　　

　　由Maezio?制成的笔记本电脑外壳与传统铝镁合金相比，可以减轻15%左右，与金属材料相比，复合材料外壳具有类似的良好弯曲和扭转刚度。

　　

　　朗盛Tepex连续纤维增强热塑性复合材料应用于笔电、平板及手机外壳。朗盛Tepex连续纤维增强热塑性复合材料在IT行业的典型应用包括笔记本电脑、平板电脑和智能手机的盖子。朗盛还通过可重复使用的聚碳酸酯水瓶的回收物开发新系列的Tepex材料，应用于笔电等消费电子产品外壳。

　　

　　汽车零部件

　　

　　随着节能减排要求的提高以及汽车电动化的加速，汽车轻量化成为汽车行业的发展潮流，推动着包括高强度钢、铝合金、工程塑料以及复合材料等在内的轻量化材料在汽车领域的应用。

　　

　　CFRTP在汽车轻量化设计中具有巨大的应用潜力，可替代部分金属材料和高端聚合物材料，应用于座椅靠背、前端模块、车门内板、保险杠等车身结构件、半结构件上。

　　

　　在乘用车中应用为：座椅及其骨架、车窗导槽、门内板、保险杠支架、发动机罩、前端托架、脚踏板、仪表板骨架、导流板、车厢底板、备胎箱、蓄电池托架、汽车进气歧管。国内汽车中帕萨特、POLO、宝来、奥迪A6、高尔夫、别克凯越、别克GL8商务车等车型已采用大量高性能FRTP零部件，其中大部分采用了GMT或者LFT。

　　

　

　　

　　梅赛德斯-奔驰S级轿车上的负载舱。朗盛Tepex dynalite连续纤维增强热塑性复合材料的一项新应用是制造安装在梅赛德斯-奔驰S级轿车上的负载舱，用于容纳 48V 车载电源电池。这种复合材料部件能够承受高机械应力，并且比同类金属板部件轻30%左右，可以防止电池在发生碰撞时穿透或损坏凹槽壁，同时确保负载舱的密封性。

　　

　　东风汽车轻型卡车工具箱。SABIC与中国主要货车制造商东风汽车合作，开发出一种用于生产坚固而且轻量化的车载工具箱新型复合塑料混合解决方案。该应用混合了SABIC的 STAMAX? 长玻纤聚丙烯树脂和一种连续玻纤复合层压嵌件，采用双色注塑工艺生产。与类似设计的钢制零件相比，采用该方案生产的成品零件重量减轻了30%，并有效提高了东风汽车的生产效率。

　　

　　鞋材

　　

　　CFRTP具有高强度、轻量化、出色的抗扭转性、高稳定性，可用于鞋子中底、中足支撑片及鞋头。

　　

　　目前耐克乔丹系列是连续纤维增强热塑性复合材料的忠实用户，其中乔丹11到13代篮球鞋均采用美国PMC公司生产的碳玻混编热塑性碳板作为足弓支撑板，其中乔丹11代截止目前依旧是全球销量最好运动鞋之一，使得越来越多的篮球爱好者了解了碳板。

　　

　　

　　

　　科思创携手安踏开发出高性能运动鞋。国产运动品牌安踏发布了克莱·汤普森系列签名鞋的最新成员——KT6。这款标志性的篮球鞋搭载了多种材料技术， 包括由科思创Maezio ?碳纤维复合材料制成的碳纤维抗扭和力传导模块。

　　

　　Maezio ?连续纤维增强热塑性复合材料可为包括运动鞋在内的众多行业带来高性能保障。由于其轻量化及高强度的特点，可应用于运动鞋的中底、鞋头和支撑片，带来出色的刚性而不会增加过多重量。其中，支撑片是鞋子的支撑结构，位于中足位置，主要用于增强抗扭。