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注塑知識
2025/9/24 17:52:24
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熱塑性復合材料及其應用
熱塑性復合材料是以熱塑性聚合物為基體，與增強材料（如玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維等）通過特定工藝復合而成的一類先進復合材料，具有密度低，比強度高，耐化學性能好，生產周期短、生產效率高，環保可回收等優異特性，廣泛應用于汽車工業、軌道交通、體育休閑、電子電器、醫療器械、航空航天等領域，是復合材料行業開發的熱點。
熱塑性復合材料由兩部分組成：熱塑性塑料基材和纖維增強材料（通常是碳纖維或玻璃纖維），是兩部分材料優勢的結合體。
熱塑性聚合物基體
幾乎所有的熱塑性聚合物都可以用作熱塑性復合材料的基材，包括通用塑料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），常用工程塑料聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯硫醚（PPS）等，也可以是聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亞胺（PEI）等特種工程塑料。
其中，通用塑料，成本較低，應用廣泛；工程塑料性能更好，可用于要求更高的場合；而特種工程塑料通常具有極高的耐溫性、強度和化學穩定性，可用于航空航天等高端領域。通常，性能較高的聚合物成本較高，反之亦然。
熱塑性聚合物可反復熔融，加工成型，環保可回收。但也存在粘度高、流動性差，對纖維浸潤不完全等問題。此外，高性能熱塑性聚合物（如PEEK），需要施加高加工溫度和壓力才能成型和固結。
增強纖維
熱塑性復合材料可采用的增強纖維包括玻璃纖維（GF）、碳纖維（CF）、芳綸纖維（AF）、玄武巖纖維（BF）、天然纖維（亞麻、苧麻等），它們為復合材料提供極高的強度和模量。
熱塑性復合材料的性能不僅取決于樹脂基體和增強纖維的特性，還與纖維的增強方式密切相關。熱塑性復合材料的增強方式包括短纖維（0.2-0.6mm）、長纖維（約20mm）及連續纖維三類，連續/非連續纖維的長徑比（l/d）決定了材料的力學性能。而材料的加工方法的選擇很大程度上取決于纖維長度，以及加工參數（例如工藝引起的剪切力和所選溫度），對于短纖維和長纖維，可采用注塑成型等高剪切工藝；對于連續纖維，則更適合采用預成型、熔體浸漬、預浸料或纖維與聚合物混編等工藝。
熱塑性復合材料的性能優勢
與傳統的熱固性復合材料相比，熱塑性復合材料具有以下優點：
◆韌性好，抗沖擊性強，受到沖擊時不易開裂；
◆循環周期短，生產效率高，非常適合快速沖壓、注塑成型等大批量生產工藝，生產效率遠高于需要長時間固化的熱固性材料；
◆可回收和再加工，邊角料、廢舊零件可以被粉碎、重新加熱熔融，然后再次成型為新的產品，符合循環經濟的要求；
◆預浸料（預先浸漬了樹脂的增強材料）在室溫下不會發生化學反應，可以無限期儲存，無需冷藏，便于運輸和管理；
◆化學穩定性好，通常具有更好的耐腐蝕性和耐疲勞性；
◆可焊接性，兩個熱塑性復合材料部件可以通過加熱熔融的方式焊接在一起，而無需使用膠粘劑或機械連接件；
熱塑性復合材料的應用領域
熱塑性復合材料憑借其高韌性、生產效率快、可回收等突出優勢，正在越來越多地取代傳統金屬和熱固性復合材料，成為汽車制造、航空航天、電子電氣、醫療器械、軌道交通等領域實現輕量化和可持續發展的關鍵材料。
◆汽車工業：內外飾件及結構件，如前端模塊、電池托架、座椅骨架、底盤護板、車門模塊、格柵等。
◆體育休閑：滑雪板、自行車架、頭盔、釣魚竿、運動鞋等。
◆航空航天：飛機艙門、機翼前緣、升降舵、內飾板等。
◆電子電氣：設備殼體、連接器等。
◆其他：無人機、機器人結構件等。
