热塑性碳纤维复合材料的性能优势和应用进展

过去，热塑性碳纤维复合材料主要应用于航天航空领域，例如用于直升机的地板、机身结构、固定机翼、尾翼、前襟翼以及垂尾根部的整流罩等部位。随着许多高端领域对高性能复合材料的要求越来越高，热塑性碳纤维复合材料开始逐步展现出自身的特殊优势，为越来越多的产业提供零部件服务。
与热固性碳纤维复合材料不同，热塑性碳纤维复合材料在树脂基体、工艺流程和性能方面存在一定的差异。首先，热固性碳纤维复合材料大多采用环氧树脂等作为树脂基体，而热塑性碳纤维复合材料包括聚酰胺（PA）、聚醚醚酮（PEEK）、PPS、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PAI）等，热塑性树脂不受储存期限制、不需低温贮存，具有良好的可循环性、可回收和重复利用。
其次，热塑性树脂的成型过程主要是一个简单的熔融和凝胶的过程，即将材料加热到一定的熔点，然后凝固，待冷却后就可以基本成型，如果需要，只要再次加温就可以实现二次成型，这与热固性碳纤维复合材料制品的成型只能是一次性的不同。
再者，热固性碳纤维复合材料在制作过程中发生的是化学反应，生产周期长达几个小时，而热塑性碳纤维复合材料的制作过程是一个相变过程，生产周期只需要几分钟到几十分钟。因为生产周期相对缩短很多，所以生产效率就会成倍提高，不仅可以实现批量生产，更有实现自动化连续生产的条件。
不过，制作热塑性碳纤维复合材料制品对工艺要求更高，例如，一般至少需要400℃以上的加工温度，而普通的环氧碳纤维复合材料只需要200℃以上就可以实现。
热塑性树脂在性能方面具有一定的优势，例如聚醚醚酮的GIC值大约是热固性环氧树脂的十倍。在树脂基复合材料中，树脂起到固定纤维的作用，同时分担纤维传递的应力，复合材料的热性能、耐腐蚀性能及加工性能等均由其体现。为了增加材料的强度、刚度等，通过选择碳纤维材料作为增强体，辅以不同的添加剂种类，以合适的配比、碳纤维铺层数量与方式、成型方法，制备出具有特殊性能的热塑性碳纤维复合新材料。
目前，国内的市场还多以热固性碳纤维复合材料制品为主，能够生产热塑性碳纤维复合材料的厂家为数不多，而且多集中在尼龙、PPS等较为普通的热塑性复合材料方面，在peek、PI等先进热塑性树脂与碳纤维结合方面还停留在研究阶段，市场上的需求还依靠进口来满足。
近来，以成熟的热固性碳纤维复合材料制品为基础的无锡智上新材正式开启了高端热塑性碳纤维增强复合材料制品的发展新方向，其利用热塑性碳纤维复合材料制品设计自由度大、尺寸稳定、翘曲度低、抗疲劳、抗老化、耐蠕变等优点，根据客户对产品的特定需求对复合材料进行精细化结构与预定化性能的智能化、自动化、高效化的设计与精密生产制造，从而使碳纤维复合材料达到不同的物理、化学、机械力学和特殊功能。
以PEEK、PI树脂为基体的热塑性碳纤维复合材料产品展现出密度低、强度高、耐高温、抗冲击韧性好、抗疲劳性好、可回收再循环使用、加工成型快等性能优势，可以在一定程度上替代轻质金属材料，如铝镁合金等，将在航空、军工、电子、医疗器械、高端制造业等领域中发挥出特殊的作用。