預浸材料,亦稱預浸纖維,是指通過樹脂體系(涵蓋熱固性或熱塑性)預先浸漬處理的加固織物。此類柔性片材可直接鋪設于模具中以成型所需形狀,無需額外添加材料,廣泛應用于先進復合材料結構的制造。
預浸材料的類型:材料與形式的多樣性
從廣義而言,預浸料由基體聚合物浸漬的加固纖維構成:纖維形式涵蓋絲、帶、織物等,材質通常選用玻璃、碳、玄武巖、凱夫拉爾等合成纖維;基體則分為熱塑性(如PE、尼龍、PPS、PEEK、PEKK、PEI)與熱固性(如環氧樹脂、酚醛樹脂)兩類,豐富的纖維-基體組合賦予其廣泛的性能適配空間。
熱固性預浸材料
熱固性預浸材料通過將纖維加固物與液態熱固性樹脂浸漬制成。“熱固性”指該類聚合物在加熱及固化劑作用下會發生硬化(“固化”)反應,且無法重新熔化或塑形。其固化過程分為三個階段:A階段為樹脂與固化劑混合(無化學反應);B階段化學反應啟動,混合物粘度與粘性逐漸升高;C階段經高壓釜催化后,樹脂完全固化。
纖維經熱固性樹脂浸漬后,預浸料會被輥壓并儲存在溫濕度可控環境中,直至用于制造。切割成所需形狀后鋪設于模具中,由于環氧樹脂處于B階段,使用前需冷藏或冷凍保存,否則總保質期通常不足8周。
熱固性預浸料中最常用的樹脂為環氧樹脂與聚酯:環氧樹脂機械性能優異且耐化學腐蝕性強;聚酯熱固性樹脂成本較低,抗沖擊與耐磨性良好,但機械性能弱于環氧樹脂。此類材料廣泛應用于航空航天、汽車及風能領域,以高強度重量比、卓越抗疲勞性著稱,是制造飛機部件、賽車組件及風力渦輪機葉片等高性能復合材料結構的首選。
熱塑性預浸材料
熱塑性預浸材料由纖維加固物與熱塑性樹脂(如聚乙烯、聚丙烯)浸漬制成,通過加熱至特定溫度后冷卻形成固態復合材料。與熱固性不同,熱塑性預浸料采用可多次熔化的熱塑性塑料:低溫型包括PP、PET、PE、PA、PPS等,聚乙烯與聚丙烯因耐化學性佳、密度低,適用于輕量化需求場景;聚酰胺(尼龍)則以韌性、高耐磨性及良好抗疲勞性見長。高溫型如PEEK、PEK、PEI等性能更優。
熱塑性預浸料具備可重復加熱重塑、環境耐受性提升及抗沖擊性改善等優勢,且室溫下穩定,通常無儲存期限限制。然而,其制造難度較高——液態熱固性材料可快速浸透纖維并避免氣泡,而熱塑性塑料因粘度較大,纖維浸漬過程更具挑戰性。
毛氈帶與碳玄武巖纖維復合材料(CCF)
此外,還存在由纖維浸漬熱固性(最常見)或熱塑性塑料制成的復合材料,其特征為連續纖維纏繞于卷軸,便于處理與儲存。例如,毛氈帶寬度范圍3-300毫米,適用于自動纖維鋪放(AFP)與自動鋪帶(ATL)技術,主要用于3D打印簡單平面形狀及快速生產,且帶材越窄,成型形狀的復雜性越高。杰呈3D則采用預浸漬的碳纖維與玄武巖纖維線材,實現具有高度復雜形狀的連續纖維增強部件3D打印。
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