随着碳纤维热塑性复合材料在飞机制造中的应用案例越来越多,其在航空领域中所具有的广阔应用前景也被逐渐认识。目前,在国产大飞机制造中应用连续碳纤维增强热塑性复合材料零部件的目标比较明确,相比于粉末或者短切碳纤维增强热塑性复合材料,连续碳纤维增强热塑性复合材料的优良性能更符合飞机制造这类高端领域的应用需求。

聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)这三大航空热塑性塑料作为复合材料基体应用于航空航天领域最早始于上世纪90年代,而国内以连续碳纤维作为增强体的热塑性复材应用是近几年才开始尝试的。

国外对连续碳纤维增强热塑性复合材料的应用相对要早一些,核心技术主要集中在欧美、日本等国家和地区的少数厂商手中。全球范围内相对领先的连续性碳纤维增强热塑树脂制备厂商是以日本东丽为代表的行业巨头,相关应用者多是以NASA为代表的航天航空研究机构之类。

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由于连续碳纤维增强热塑性复合材料技术的垄断,且多被用于航空航天、卫星、军工等敏感领域,因此,连续碳纤维增强热塑性复合材料在日本、美国以及欧洲等诸国均属于严格禁止出口材料,其相关技术工艺和设备都是高度保密等级。

虽然热塑性碳纤维复合材料的制备工艺不是非常复杂,但研发周期长,回报慢,不确定性强,这对企业发展来说,是一个巨大的挑战。在国内碳纤维零部件制造领域深耕多年的智上新材料科技在筹备多年后,决心直面迎接这个挑战。其先后投入近5000万元的研发资金,瞄准单向预浸带这种市场最需要的基础产品,不断开展关键核心技术攻关,先后实现了连续碳纤维增强PEEK和连续碳纤维增强PPS等系列UD的批量化生产。

在项目正式上马后,智上新材料科技的首要任务是先开发出一种更高效的熔融装置和一种具有实时质量控制的新型连续预浸带制造系统。这种装置和系统必须实现连续碳纤维丝束和高性能热塑性树脂之间更好的熔融。从性能上说,采用这种UD制作出来的复合材料零部件可以取代飞机结构中钢、铝和钛之类的金属材料,并最终实现更强的市场竞争力。

智上新材料在攻克了连续碳纤维丝束与PEEK等高端热塑性树脂之间在高温下难以熔融的核心技术难题后,成功实现了连续碳纤维增强热塑性单向预浸带的产业化,使其成为国内最早掌握这项技术的民营企业之一。截至2024年3月,智上新材料科技已具备从连续碳纤维增强热塑树脂单向预浸带到热塑性碳纤维零部件的开发和制造能力。连续碳纤维增强PEEK/PPS单向UD的批量化生产能力达到国内领先水平,相关产品性能可以媲美国际一流产品。

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对于任何一个企业来说,抢抓机遇的同时等于要冒一定的风险,值不值得去冒这个风险还是要看项目本身的价值,项目本身的价值是对抗风险最重要的力量。未来,连续碳纤维增强热塑性复合材料在航空航天、国防以及高端工业中的应用会越来越广泛,智上新材料在热塑性碳纤维复合材料探索上所倾注的勇气与努力终将成就自身,也终将成为国产碳纤维应用历史上的一篇华章。

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