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注塑知识
2025/9/24 17:52:24
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热塑性复合材料及其应用
热塑性复合材料是以热塑性聚合物为基体，与增强材料（如玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维等）通过特定工艺复合而成的一类先进复合材料，具有密度低，比强度高，耐化学性能好，生产周期短、生产效率高，环保可回收等优异特性，广泛应用于汽车工业、轨道交通、体育休闲、电子电器、医疗器械、航空航天等领域，是复合材料行业开发的热点。
热塑性复合材料由两部分组成：热塑性塑料基材和纤维增强材料（通常是碳纤维或玻璃纤维），是两部分材料优势的结合体。
热塑性聚合物基体
几乎所有的热塑性聚合物都可以用作热塑性复合材料的基材，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）、聚醚酰亚胺（PEI）等特种工程塑料。
其中，通用塑料，成本较低，应用广泛；工程塑料性能更好，可用于要求更高的场合；而特种工程塑料通常具有极高的耐温性、强度和化学稳定性，可用于航空航天等高端领域。通常，性能较高的聚合物成本较高，反之亦然。
热塑性聚合物可反复熔融，加工成型，环保可回收。但也存在粘度高、流动性差，对纤维浸润不完全等问题。此外，高性能热塑性聚合物（如PEEK），需要施加高加工温度和压力才能成型和固结。
增强纤维
热塑性复合材料可采用的增强纤维包括玻璃纤维（GF）、碳纤维（CF）、芳纶纤维（AF）、玄武岩纤维（BF）、天然纤维（亚麻、苎麻等），它们为复合材料提供极高的强度和模量。
热塑性复合材料的性能不仅取决于树脂基体和增强纤维的特性，还与纤维的增强方式密切相关。热塑性复合材料的增强方式包括短纤维（0.2-0.6mm）、长纤维（约20mm）及连续纤维三类，连续/非连续纤维的长径比（l/d）决定了材料的力学性能。而材料的加工方法的选择很大程度上取决于纤维长度，以及加工参数（例如工艺引起的剪切力和所选温度），对于短纤维和长纤维，可采用注塑成型等高剪切工艺；对于连续纤维，则更适合采用预成型、熔体浸渍、预浸料或纤维与聚合物混编等工艺。
热塑性复合材料的性能优势
与传统的热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有以下优点：
◆韧性好，抗冲击性强，受到冲击时不易开裂；
◆循环周期短，生产效率高，非常适合快速冲压、注塑成型等大批量生产工艺，生产效率远高于需要长时间固化的热固性材料；
◆可回收和再加工，边角料、废旧零件可以被粉碎、重新加热熔融，然后再次成型为新的产品，符合循环经济的要求；
◆预浸料（预先浸渍了树脂的增强材料）在室温下不会发生化学反应，可以无限期储存，无需冷藏，便于运输和管理；
◆化学稳定性好，通常具有更好的耐腐蚀性和耐疲劳性；
◆可焊接性，两个热塑性复合材料部件可以通过加热熔融的方式焊接在一起，而无需使用胶粘剂或机械连接件；
热塑性复合材料的应用领域
热塑性复合材料凭借其高韧性、生产效率快、可回收等突出优势，正在越来越多地取代传统金属和热固性复合材料，成为汽车制造、航空航天、电子电气、医疗器械、轨道交通等领域实现轻量化和可持续发展的关键材料。
◆汽车工业：内外饰件及结构件，如前端模块、电池托架、座椅骨架、底盘护板、车门模块、格栅等。
◆体育休闲：滑雪板、自行车架、头盔、钓鱼竿、运动鞋等。
◆航空航天：飞机舱门、机翼前缘、升降舵、内饰板等。
◆电子电气：设备壳体、连接器等。
◆其他：无人机、机器人结构件等。
