一、碳纖維產業鏈及預浸料的作用

 

    碳纖維的加工工藝目前有多種，但目前占主流的就是先把碳纖維絲制成預浸料，再進行下一步加工。

 

圖2、預浸生產及后道產品

     從圖2可以看出，預浸料的生產在碳纖維加工中起到承上啟下的作用，為產品的增值起到非常大的作用。

     碳纖維預浸料就是用碳纖維紗、樹脂、離型紙等材料，經過涂膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工而成的復合材料，顧名思義就是在碳纖維表面預先涂覆一層樹脂材料，然后便于后面的模塑成型，得到制品。

二、預浸料分類

按物理狀態-----單向預浸料（UD）、織物預浸料（平紋織物、鍛紋織物、斜紋織物）（以3K為主）; 

按增強材料-----碳纖維、玻璃纖維、芳綸、PBO纖維、玄武巖纖維等預浸料; 

按纖維長度-----短纖維( 4176mm 以下) 、長纖維( 1217mm和連續纖維預浸料; 

按樹脂基體---- 預浸料分成熱固性樹脂預浸料(PP、PEEK、尼龍等)和熱塑性樹脂預浸料（環氧、不飽和樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等）; 

按固化溫度-----中溫固化( 120 ℃) 、高溫固化( 180 ℃) 和固化溫度超過200 ℃ 的預浸料。

    目前碳纖維預浸料主要使用環氧樹脂基的熱固性材料。

三、預浸料生產工藝

  熱固性樹脂預浸料的生產目前主要采用：溶液浸漬法和熱熔法。

1) 溶液浸潰法：

    溶液浸漬法是把樹脂基體各組分按規定的比例,溶解于低沸點溶劑中,使之成為一定濃度的溶液,然后將纖維束或織物以規定的速度通過樹脂基體溶液,使其浸上定量的樹脂基體。溶液浸漬法的優點是增強材料容易被樹脂基體浸透，可以制造薄型預浸料, 也可制造厚型預浸料，并且設備造價相對較低。缺點是需要干燥爐除去溶劑或進行溶劑回收。處理不當會引起燃燒或引起環境污染。預浸料往往殘留一定量的溶劑,成型時易形成空隙,影響復合材料性能。該方法在發達工業國家已逐步被熱熔法取代。

2) 熱熔法：

    熱熔法是溶液浸漬法的基礎上發展起來,以免去溶液浸漬法因溶劑帶來的諸多不便。專業化預浸料公司大都采用熱熔法制備預浸料,特別是主承力結構用的預浸料。熱熔法因其工藝步驟不同,又可分為直接熱熔法（也稱一步法）和膜膠壓延法（也稱兩步法）。前者是將樹脂基體置于膠槽中,加熱到一定溫度、使樹脂熔融,然后將纖維束依次通過展開機構、膠槽、多組擠膠輥、重排機構最后收卷。

     該工藝要求樹脂基體有良好流動性,在不高的溫度下呈流動態,以利浸潤纖維。膜膠壓延法是目前廣泛采用的方法,是生產預浸料的第一選擇。該法一般包括制膜和預浸兩個步驟。制膜是先將樹脂基體置于混合器中充分混合,待加熱到最佳涂膜溫度后,用電機驅動的計量泵或通過壓力將樹脂基體輸送到涂膠輥,調節涂膠輥的間距和離型紙的運行線速度,可以制得不同厚度的膠膜。通過無損檢測儀控制膠膜的厚度或膠膜的面密度,利用冷卻板降低膠膜的溫度,盡量減少其固化程度,隨后收卷、包裝,存放于冷庫待用。預浸過程包括從紗架引出纖維,調節張力后,通過蓖子集束、展平到規定的寬度、從上、下膠膜輥引出預先制好的膠膜,與纖維形成夾芯結構,依次通過多組熱壓輥,使樹脂基體熔融,纖維嵌入樹脂基體中。經過冷卻段、降低預浸料溫度和覆蓋聚乙烯薄膜后,切邊、收卷,制得預浸料。熱熔浸漬法的優點是工藝過程線速度大、效率高樹脂含量容易控制，沒有溶劑,預浸料揮發分含量低,工藝安全不需要干燥爐、減少了環境污染。制膜和浸漬過程可以分步進行，減少了材料特別是昂貴增強材料的損失，且這種工藝預浸料的外觀質量優于其它方法。



 

圖3、預浸料生產線的簡單示意圖

四、預浸料的特點

優點：

1) 在嚴格控制條件下浸漬增強材料，樹脂含量精確控制， 產品嚴格保證。
2) 可設計性，可根據產品強度和剛度要求進行設計，充分發揮碳纖的性能。
3)碳纖和樹脂的組合，直接使用，免配膠、刷膠，勞動強度減小，工作條件改善。
4)性能穩定，可以保證產品能重復生產，質量穩定。
5)干式材料，沒有環境污染。

     使用預浸料生產的復合材料相比于其他材料來說，能改善強度，硬度，耐蝕性，疲勞壽命，耐磨耗性，耐沖擊性，輕量化等多種特性。 

缺點：

生產、儲存和加工的費用，通常對預浸料的批評是其生產的難度。鋪層法因在層間常需壓實使得操作緩慢，這阻礙了大規模批量生產。預浸料也不大適合復雜的小半徑的3D 幾何形狀。在這方面預浸料跟SMC和BMC形成了對照，SMC和BMC因其易于制造而受到汽車工業的青睞。但SMC和BMC因其纖維短及纖維含量低而缺乏預浸料具有的高方向性機械強度。所以目前汽車利用ATM成型發展較快。

五、預浸料產品規格

 

六、預浸料的使用

 

七、預浸料的應用

 

八、可參考標準

    GB/T 28461-2012 碳纖維預浸料

 

透過上述文章的介紹

無論是碳纖維板材還是其他複合材料，產品的後加工品質，一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

因為好的加工品質才能讓客戶的產品精細度更好

過去以量取勝的策略在現在的環境上，對於一般產品可能還適用～

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