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【CCE2016系列独家报道】增强纤维正向多样化发展
发布时间:2016-09-06   浏览次数:

刚刚闭幕的第22届中国国际复合材料工业技术展览会,以国际化视角聚焦复合材料领域科技发展的前沿技术,全方位展示了国内外复合材料行业发展的创新成果,参展企业和展出产品涵盖了复合材料全产业链。记者注意到,创新与发展已成为复合材料行业的新常态,玻璃纤维及其它高性能纤维作为复合材料的主要增强材料,其不论种类、形态、结构或应用领域正向着多样化发展。

纵观展会,从纤维的种类上看,玻璃纤维依然是复合材料最主要的增强材料,且向着更高性能方向实现。如巨石集团2016年新开发出的E8高模量玻璃纤维,它的弹性模量可达95GPa,软化点温度约930℃,比E7均有提高,且保持了E6优异的电绝缘性能,因此更适用于风电、耐高压、耐高温等特殊领域;同时E8采用了独特的玻璃配方,显著提高了它在多种环境下的抗腐蚀性能,尤其在酸性环境下表现优越,因此,E8适用于对环境有特殊要求的,如化工防腐、海水淡化等领域;借助E8的高性能,复合材料的力学性能、尺寸稳定性、抗疲劳性更加优异。CPIC在原有的TM玻璃纤维的基础上,推出了其升级产品TM+glass,它主要针对大型风电叶片的减重需求而设计,进一步提升了玻璃纤维的拉伸强度和弹性模量,通过对界面处理剂的改进,耐疲劳性能也大幅提升。泰山玻纤除了展示了HMG高强高模量玻纤、高性能S-1HM纤维及Cem-FIL高性能耐碱纤维外,今年还推出了LTD低介电玻纤,用于增强高密度印刷线路板。

从增强材料的结构形式上来看,除了常见的方格布、细布、短切毡、连续毡、轴向缝编织物外,还有三明治夹芯缝编织物、针织短切毡、针刺复合毡、缝编复合毡等复合型结构,并向着三维立体结构的方向延伸,为复合材料提供更有效的增强形式。
   
      随着航空航天、汽车、风电等行业的高速发展,高性能纤维复合材料的需求日渐强劲,高性能纤维增强材料也不断推陈出新。如中复神鹰推出了中模量碳纤维SYM30,它采用干喷湿纺工艺制备,拥有较高的拉伸模量、拉伸强度和断裂伸长率,与同等模量碳纤维相比,制备成本降低了 30%,其复合材料工艺性能好,具有较高的性价比,该产品获得本届创新奖。


      帝人芳纶开发出一种独特的黑色高模量Twaron,这是市场上首款高模量对位芳纶纱线。它拥有硬度、强度、损伤容限等特性并具备美感,可满足海事工业方面更强更安全的需求。帝人同时供应黑色Technora,为黑色芳纶的各种应用提供支持。

 

菲利华作为国内石英纤维生产企业的领航者,向我们展示了石英纤维的全线产品,从单丝直径6~13μm的石英纤维纱线、短切纤维、9~14μm的空心石英纤维纱,到各种组织结构的空心/实心石英纤维布、石英纤维带、套管,到单丝直径1~14μm的石英棉、棉条、棉毡、棉毡环,再到各种三维机织、纺织、缝合、针刺、编织预制件,充分反映了国内石英纤维产品技术上的进步。

 

由于全球低碳经济的推进,节能环保和可持续发展成为世界关注的焦点,天然纤维由于价廉质轻、比强度和比模量高,且可再生、重复利用,对环境友好,越来越多地作为增强材料应用于复合材料中。如NMG公司展出的ENVITEX?是由不同天然纤维(以麻类纤维为主)编织而成的天然纤维织物,有单向、平纹、斜纹和缎纹机织物,有单轴向、多轴向经编织物。

 

Bio Mid?天然纤维则是一种用天然纤维素采用拉丝方法生产的天然纤维,单丝11μm,密度是玻纤的一半,不易损伤;丝束不加捻,浸润后透明度高、强度高,比一般的植物纤维更便宜,尤其适用于树脂真空导入工艺。

 

展会上我们也发现,在实际应用中,增强纤维不仅仅采用单一材料,而常常是多种纤维混合使用。混合纤维结合了各纤维组分的优点,可以在性能上互补,提高了产品的总体性能,其混合的形式也是多样的。如巨石集团的Compofil、CPIC的Premix、泰山玻纤的Comtex都是将连续的玻璃纤维长丝和热塑性长丝经过特殊工艺混合而成的双组份纱线,它们可以在保持玻璃纤维强度的同时,为纺织加工提供优异的柔软性;该纱线及其织物可以直接热压成型,克服了热塑性树脂浸渍困难的问题,有利于与热塑性塑料复合成型,且复合材料制品的纤维含量高,力学性能显著。

 

通过不同纤维的混合,可以降低材料的成本,优化产品性能;通过不同的组织结构,来满足各类复合材料成型及性能要求。因此,纤维混合增强常以混合织物的形式出现,以碳纤维与其它纤维混合最为常见,如碳纤维/玻璃纤维混合、碳纤维/芳纶纤维混合、碳纤维/超高分子量聚乙烯纤维混合等,织物形式以机织、编织为主,组织结构有平纹、斜纹、提花、单/双轴向、多轴向等。

 

此外也不乏玻纤/天然纤维、碳纤维/天然纤维混编织物等新型混纤增强材料的出现。

 

不过,我们也不难看出,目前国内的混纤增强材料在产品结构上还比较单一,混合非织物的品种甚少,主要是复合毡,这是通过针刺、缝制、粘合、热轧等非织造手段制成的混合纤维毡品,如玻碳复合毡、玻纤/聚酯粘合复合毡等。而国外关于混合非织物的相关产品甚多,不仅在工艺上,在结构上也非常多样化,甚至细分到专用于闭模成型工艺(RTM、轻型RTM、压塑)和专用于拉挤工艺的复合毡。

 

多种纤维的混合还能起到美观的效果,如在碳纤维编织过程中加入各种颜色的金葱线,可使其在光线下散发出多种色彩;将碳纤维与彩色芳纶纤维混编,不仅是强度与韧性的完美结合,也丰富了产品的色彩;此外,电镀、提花以及一些特殊的工艺都可以使织物具有美丽的图案、清晰的立体纹路感。此类织物多用于复合材料表面。

 

纤维增强复合材料是新兴的强韧型结构材料,它具有优异的抗冲击性、抗疲劳性、耐腐蚀性等诸多优点,在航空、航天,民用飞机、军事装备,铁路、船舶、汽车工业,以及风力发电等新能源领域都有着广泛的应用和可喜的前景。从此展会上可以惊喜地看到,增强纤维正向着品种多样化、结构复杂化及美观、环保的方向发展。但与国外相比,还存在着应用的纤维种类较少,工艺技术不够成熟,产品应用面不够广等不足,尤其是对多相纤维混合增强的研究甚少。今后,国内企业还应加强研发,产学研相结合,大力拓展其应用领域范围,以进一步促进和推动我国纤维复合材料的发展。


 


来源:玻纤情报网
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