碳纖維增強熱塑性復合材料在國內(nèi)的發(fā)展為何比較遲緩？
來源：新材料研習社
從上世紀末開始，碳纖維成為先進復合材料應用的關(guān)鍵詞之一，隨著國內(nèi)碳纖維原材料生產(chǎn)技術(shù)逐步?jīng)_破國際技術(shù)封鎖，先后實現(xiàn)了T300、T700等型號的碳纖維原絲批量生產(chǎn)能力，隨之得到快速發(fā)展的是熱固性碳纖維復合材料的應用，特別是以環(huán)氧樹脂基為主的碳纖維復合材料。相對而言，熱塑性碳纖維復合材料的應用則非常有限。碳纖維增強熱塑性復合材料在國內(nèi)的發(fā)展為什么會比較遲緩呢？有以下幾個方面的原因。
首先，需求市場對熱塑性碳纖維復合材料的認識不夠全面，熱塑性碳纖維復合材料的優(yōu)勢沒有得到充分重視，從而影響到市場需求量的正常增長。一般認為，熱塑性聚合物在使用溫度、力學性能、耐蠕變和老化性能等方面不及熱固性聚合物。
事實上，熱固性碳纖維復合材料也并非沒有缺點，其存在著成型周期長、沖擊韌性差、預浸料存放時間短、不能重復使用、局部損傷難于修復等一系列弱點。與熱固性樹脂基碳纖維復合材料相比，熱塑性碳纖維復合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無限預浸料存儲期、成型周期短、生產(chǎn)效率高、易修復等顯著優(yōu)勢。
熱塑性碳纖維復合材料的利用價值沒有得到充分認識和開發(fā)，直接影響到了市場需求量的產(chǎn)生，極為有限的需求量都存在于航天航空等高端小范圍之內(nèi)，從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復合材料的進一步發(fā)展和應用。
其次，熱塑性碳纖維復合材料制造技術(shù)技術(shù)要求高，在一定程度上限制了一些技術(shù)水平和生產(chǎn)能力不夠的企業(yè)進入。
大多數(shù)熱塑性樹脂在熔融溫度下黏度較高，無法很好地浸漬纖維織物，因此，熱塑性樹脂基碳纖維復合材料預浸料的制備本身就存在很大的難度，不能解決熱塑性樹脂高黏度下的浸潤問題，遑論其它。較為常用的熱塑性復合材料預浸工藝是熔融法，其基本工序包括纖維引絲、展絲、預熱、浸漬、冷卻、收卷等。
采用熔融法制備熱塑性碳纖維復合材料預浸料時也必須解決樹脂黏度大、浸漬時間短所造成的中空干斑、纖維需要得到良好且無損分散等問題。
再者，原材料成本高，導致下游應用需求遭到扼制。碳纖維原絲價格不菲，高端的熱塑性樹脂價格也是普通的環(huán)氧樹脂的數(shù)十倍，再加上制作技術(shù)要求高，種種因素的疊加，導致了熱塑性碳纖維復合材料，特別是使用PEEK、PI這些高端的熱塑性樹脂為基體的碳纖維復合材料制品價格令人望而生畏。
另一方面，國內(nèi)使用的碳纖維增強熱塑性復合材料主要還是依靠進口，國外的高性能熱塑性復合材料預浸料供應則被壟斷，這些公司具有供應各個系列的玻璃纖維/碳纖維增強PEI、PPS和PEEK熱塑性預浸料的能力，被壟斷后的預浸料價格自然是居高不下。
最后，國內(nèi)有關(guān)熱塑性碳纖維復合材料方面的科研成果轉(zhuǎn)化之路并不順利，國內(nèi)對熱塑性復合材料預浸料的制備和研究有一定的基礎，但與發(fā)達國家相比，仍存在很大的差距，加上后續(xù)工作的連續(xù)性不強，導致目前我國仍缺乏材料制備和結(jié)構(gòu)成型相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設備。
但是，技術(shù)比較成熟的還是以玻璃纖維增強工程熱塑性樹脂預浸料產(chǎn)品為主，少數(shù)的碳纖維增強熱塑性預浸料產(chǎn)品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質(zhì)量偏低、品種單一等問題，從科研成果向規(guī)?；a(chǎn)轉(zhuǎn)化還有相當大的距離。
不過，隨著航空制造、汽車、電子電器、高端醫(yī)療設備、智能化機械等行業(yè)的快速發(fā)展，我國對碳纖維增強熱塑性復合材料的市場需求逐步顯示出巨大的發(fā)展空間，我們也欣喜地看到民營企業(yè)率先走出了以研發(fā)引導市場的第一步，“我們自主研發(fā)的熱塑性碳纖維復合材料制造設備可以批量化供應碳纖維增強PEEK、PI、PPS等一系列高性能熱塑性碳纖維復合材料制品，以一款骨外科醫(yī)療用的碳纖維PEEK零部件產(chǎn)品為例，我們能比同類進口產(chǎn)品價格低30%以上”，正如產(chǎn)品研發(fā)組長所說，當技術(shù)質(zhì)量達到了要求，當價格成本降到了市場能接受的范圍，當科研成果很好地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，國內(nèi)的熱塑性碳纖維復合材料發(fā)展將實現(xiàn)新的飛躍。
