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    科普|关于热塑复合材料

    来源:www.cqtspp.com 发布时间:2019-10-29 返回

    热塑性复合材料简介

    热塑性复合材料是以玻璃纤维,碳纤维,芳烃纤维及其他材料增强各种热塑性树脂的总称,国外称其为FRTP。

    先进的纤维增强热塑性复合材料,具韧性耐蚀性和抗疲劳性高,成型工艺简单周期短,材料利用率高(无废料),预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展。

    近20年来,随着刚性、耐热性及耐介质性能好的芳香族热塑性树脂基体(如PEEK,PPS)的出现,以及具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等优异性能碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等高性能纤维的发展,使先进热塑性复合材料克服了一般FRTP使用温度低,模量小,强度差等缺点,使其应用在越来越多的工业领域,如:轨道交通、汽车、航空航天、家电用具、电力等行业。

    热塑性复合材料可在熔融状态下可成为无定形状的制品,并可再加热熔融制成另一种形状的制品,还可重复多次再生使用而起物理机械性能不发生显著的变化。另外,它可以一次性制成形状十分复杂而尺寸十分精密的制品,生产周期只需数分钟。由于热塑性树脂经过纤维增强后,性能大为提高,有些机械性能已跨越金属强度的范围,从而大大扩展了热塑性纤维增强复合材料的使用范围,可以代替金属和木材。热塑性复合材料抗冲击损伤容限高,冲击后残余压缩强度比热固性复合材料大,并且热塑性复合材料具有良好的热压缩强度,能够在一定程度代替热固性复合材料。

    热塑复合材料国内外主要厂商

    其热塑复合材料的生产厂商主要是指能提供热塑性纤维增强复合材料制品的公司。

    1)国外的主要厂家:英国ICI和美国DuPont公司的聚醚醚酮(PEEK)树脂(其熔点高达334-380℃,其长期使用温度为240-260℃。德国Hoechest开发了聚醚酮(PEEK)树脂、美国Phillips还开发了聚苯硫醚(PPS)。欧洲的Daher-Socata 公司、TenCate先进复合材料公司、美国 RIDGE公司、荷兰航空集团 AIRBRON 集团、土耳其 MIR 公司、美国US LINER 公司。

    2)国内的主要厂家:中广核、广州金发、遂昌金矿、江苏奇一、杭州华聚、青岛极威、浙江华美、上海杰事杰新材料、台州双鱼(家得宝)、常州新创。

    最后附一张目前最流行热塑性复合板前段片材:热塑性单向预浸带生产示意图

    热塑性复合材料应用

    热塑性复合材料有着热固性复合材料不可比拟的优势,随着市场的需求不断增大,其应用越来越广。

     

    1、在航空航天领域的应用

    以聚苯硫醚(PPS),聚醚酰亚胺(PEI),聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)为基体的先进增强热塑性复合材料(TPC),具备高刚度、低加工成本和重新加工能力,拥有良好的阻燃、低烟和无毒(FST)性能,固化周期可以以分钟记,且其成形过程是非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据:热塑性复合材料比钢轻60%,硬度是其6倍;比铝轻30%;比热固性复合材料强韧2倍;比注射模塑塑料硬5倍;在生产中比板材少60%碎屑。

    机体结构件中,TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上,这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。空客A350客机机体的热塑性复合材料主要分布在可移动翼梁和肋上以及机身连接。湾流G650公务机在热塑性复合材料应用方面是一个里程碑,它的压力隔框肋板则使用了碳纤维/PEI材料,而方向舵和升降舵都使用了碳纤维/PPS材料。

    2、在轨道交通领域的应用

    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、高尔夫、别克凯越、别克GL8商务车等车型已采用大量高性能热塑性复合材料零部件。其中大部分采用了热塑性短切纤维增强复合材料(GMT)或者热塑性长纤维增强复合材料(LFT);

    在箱式货车方面的应用,主要是PP蜂窝复合板主要是替代目前箱式货车中的钢制框架外蒙铝合金小波纹板和钢制瓦楞板。厢长9 600 mm热塑型蜂窝板厢式车的应用实例,厢体的顶板、前厢板、左右侧板和后门都采用热塑型蜂窝板制作,该车比同规格的瓦楞板厢式车减重700~800 kg。

    3、在高铁火车中的应用

    按承力特征大致可分为两类:复合材料非主承力件和复合材料主承力件。其中复合材料非主承力件又可分为主承力件(如车身、地板和座椅等非主承力件)和辅助件(洗漱间、厕所和水箱等辅助构件),而复合材料主承力件主要是指列车车体、司机室和转向架构架等列车的大型承力构件,它是复合材料取代传统材料,实现车辆轻量化的关键。其主承力件主要采用热固性复合材料,意大利ETR500型高速列车上,所有的内部结构边墙、天花板和行李舱都使用了高比刚度复合材料夹层板——两层Tedlar聚氟乙烯塑料薄层中夹有Nomex蜂窝芯材玻纤酚醛层压板;欧洲之星列车也使用酚醛蜂窝板做其内部结构件。

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