碳纤维浸润剂有两个主要的功能,与玻璃纤维浸润剂类似,英国东丽国际有限公司北欧碳纤维部门总经理Alan Riley说。其中一个主要的目标是保护纤维,防止单丝断裂,以及改进极细的碳纤维单丝(直径通常为5-7μm,其中一些可能会脱离丝束)的操作性能。
第二个功能是提供与成型工艺的相容性,将要使用的基体树脂一定程度上可以决定工艺的选择。总部位于日本东京的母公司东丽株式会社是全球主要的碳纤维生产商,而且有自己的浸润剂配方。例如,欧洲东丽碳纤维公司(法国巴黎)工业应用技术支持工程师Guillaume Deixonne说,东丽有一种特制的用于海洋环境的碳纤维/乙烯基酯浸润剂。与玻璃纤维一样,碳纤维浸润剂促进了纤维的充分浸渍以及纤维和树脂之间的结合。这反过来改进了机械性能,如终端产品的抗压强度和层间剪切强度。
尽管碳纤维的应用领域更为苛刻,但碳纤维浸润剂配方设计师历来并没有提出像玻纤浸润剂那么多的要求。玻纤浸润剂配方通常比碳纤维浸润剂更复杂,因为它们需要硅烷成分在玻璃和聚合物之间建立联接。碳纤维不存在这样的问题。
“事实上,碳纤维本身能够为部件带来很高的力学性能,多年来这一直被认为已经足够好了,尤其是在一个环氧基体中,”麦可门公司的LeMoigne评论说。环氧树脂本身具有“粘性”,因此可以很好地浸湿有机碳纤维,但并不是所有热固性和热塑性树脂都是这样。未来,碳纤维环氧复合材料不一定能占据如今这样居高临下的市场地位。“未来实现复合材料的更新换代,需要更高的性能,碳纤维和树脂之间的界面性能必须尽可能高效。”这在热塑性树脂基体的趋势中特别具有挑战性,因为热塑性树脂本身的粘度较高。
“有这么多不同类型的热塑性树脂,”Deixonne说,“我们开发不出一个放之四海而皆准的配方。” Riley和Deixonne认同开发在高温下还能发挥作用的浸润剂,但也保证浸润剂解决方案适用于单向丝束或用中间工艺制造的织物是一个挑战。
当下面临的最大挑战之一是使浸润剂化学成分和碳纤维在生产周期时间内满足汽车部件的制造压力。