2017年3月7日，日本東麗公司在其日文官方網站上宣布，針對航空航天市場需求，推出新一代碳纖維預浸料。該產品拉伸強度和抗沖擊性能相比上一代均提升了30%，不但解決了長久以來碳纖維產品高模量和高韌性不可得兼的技術難題，同時還對溫度極值（極高溫和極低溫）有很好的耐受性，充分滿足了航空航天產品應用的技術需求和市場期待，是具有巨大應用潛力和價值的重磅產品。

一、什么是預浸料？

預浸料是由樹脂基體在嚴格的控制條件下，通過浸漬纖維增強體制成的樹脂基體與增強體組合物，可直接用以制造加工成各種復合材料構件。具體來說，預浸料是復合材料的半成品，但它具有一定力學性能的，而這些力學性能是復合材料性能的基礎，基本上可原封不動的帶入到復合材料及其構件中。此外，復合材料成型時的工藝性能也取決于預浸料的性能。

圖1 東麗卡?預浸布——聚丙烯腈基碳纖維預浸料，主要以完全滲透樹脂的薄板型碳纖維的形式存在（日本東麗公司圖片）

圖2 我國國產彩絲混編織物及預浸料（山東威海光威復合材料有限公司圖片）

預浸料的原材料是增強體和樹脂基體。增強體主要包括碳纖維（如圖1所示）、芳綸、玻璃纖維以及它們組成的織物（如圖2所示）；樹脂基體主要為熱固性樹脂（環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等）和熱塑性樹脂（聚苯硫醚、聚醚醚酮等）。常用的熱固性預浸料的鋪覆性和粘性較好，容易操作，其具有下列優點：

l 預浸料可作為復合材料的原料，使用方便，免除了復合材料制造過程的備料、現場混料和浸透工序。

l 成型過程清潔、可控。

l 空隙率低，可以提高制品的品質和均衡性。例如，航空用品要求復合材料結構中的空隙率低于1%，由于使用預浸料能夠把空隙率降至最小，基本上消除制品的缺陷。

l 耐疲勞性好。

l 熱膨脹系數低。

l 制品厚度、纖維體積分數可控。

制造預浸料制品的工藝多種多樣，其中以生產葉片、船艇、車輛內部部件所用的真空袋壓工藝和生產在航空航天裝備中應用的高性能復合材料結構所用的熱壓罐工藝最為常見。

二、預浸料制品已取得廣泛的應用

預浸料作為復合材料了原料，成功挖掘了纖維增強復合材料所具有的潛力和優勢，為復合材料進軍高性能要求的制品領域奠定了堅實的基礎。在過去的60多年里，預浸料的工業技術和品種在歐美發達國家獲得了長足的發展。目前全世界范圍內知名的預浸料主要廠商日本東麗、美國赫氏、瑞士固瑞特、美國氰特、荷蘭／美國騰卡特等。日美兩國壟斷了全球95%的高端碳纖維制品市場，其中日本東麗公司和美國赫氏公司一直處于全球預浸料技術的發展前沿。

圖3 波音787“夢想班機”中復合材料用量達到50%，整機機身、機翼等多個部位均大量使用了碳纖維復合材料（美國波音公司圖片）

日本東麗公司是波音787“夢想班機”主結構部件用復合材料的最大供應商，供應的材料是由公司旗下牌號Torayca 3900系列的高度韌化的環氧樹脂配合增強碳纖維組成的第三代預浸帶。這種預浸帶有各種寬度的無緯帶、纖維鋪放用的窄帶以及織物，可熱壓罐成型，固化溫度180攝氏度，具有良好的耐熱性和耐沖擊性。3900系預浸帶中大部分將采用T800S高強中模碳纖維。T800S纖維是東麗公司碳纖維制備工藝改進的成果，屬所謂的大絲束碳纖維，它比此前的T800H纖維生產效率更高、來源更廣。在波音787“夢想班機”上，東麗公司的預浸帶用途非常廣泛，應用的部位包括飛機尾翼主承力結構、主翼、前機身段、部分中機身段、后機身蒙皮及桁條、后機身艙隔框，整個中央翼盒等。此外，波音787的貨艙門及檢查口蓋等部件也采用東麗公司的預浸帶來制造，并用熱壓罐固化成型。目前T800S/3900-2預浸料產品已被廣泛應用于各類航空航天產品中，成熟度高，迄今為止已積累了近三十年的生產經驗。

作為東麗公司的主要競爭對手，美國赫氏公司在預浸料產品市場中也具有不俗的競爭力。空客公司旗下A380寬體客機和A350客機廣泛采用了復合材料，其中A350系客機復合材料用量高達52%，而赫氏公司正是空客公司預浸料制品的主要供應商。赫氏公司向空客供應了牌號為Hexply 8552和Hexply M-21的預浸料環氧樹脂基體，固化溫度180攝氏度，可在120攝氏度的環境中工作，具有優良的韌性、強度和耐損傷特性，在A380和A350客機的機頭，前機身段、中機身段、后機身段蒙皮、機翼前后翼梁、機翼上下板件，機翼前緣和固定后緣、中央翼、襟副翼和尾翼等部位均有大量的應用。除上述民機領域外，在美軍F-22，F-35以及未來遠轟型號中，也大量使用赫氏、氰特等美國本土企業提供的復合材料預浸料產品。

三、東麗公司的新型預浸料在樹脂性能方面取得提升

近年來，隨著航空航天工業對輕量化結構的需求不斷擴大，對飛行載荷和抗沖擊性能等力學指標也有了更高的要求。作為生產碳纖維復合材料的兩大基本原料，人們對碳纖維和基體樹脂的品質也相應地有了更高的要求。

此次問世的新一代碳纖維預浸料，技術突破的關鍵在于樹脂。東麗公司為新一代預浸料產品開發了牌號為3940的熱固性樹脂。這種樹脂能充分發揮東麗旗下碳纖維材料的性能優勢，從分子層面提升碳纖維復合材料的力學性能。東麗公司通過工藝技術升級，實現了對樹脂的分子構造和固化反應的精確控制，有效壓縮了分子鏈之間的空隙，提高了分子網絡的致密程度，突破了現有預浸料產品高模量與高韌性無法共存的技術難題，從而研發出二者兼得的高性能3940號系列樹脂。該樹脂在力學性能方面有了長足的進步，同時具有優異的耐熱性和抗沖擊性，因而可以在最為嚴苛的太空環境下正常作業，恰好滿足了航空航天工業的技術需求。

2014年3月，日本東麗公司曾宣布成功研制了第三代碳纖維T1100G，是目前強度最高的碳纖維。但目前采用T1100G碳纖維制成的預浸料，多采用東麗旗下2574環氧樹脂，其固化溫度130攝氏度，性能方面尚不如3900-2，無法發揮T1100G碳纖維的最大性能。而3940號樹脂理論上可與T1100G碳纖維相結合，產生目前可號稱世界上性能最強的碳纖維復合材料。其拉伸強度和抗沖擊性能與T800S/3900-2相比，大幅提升了30%；同時，抗壓能力和抗剝離性能也有了不小的提升，而這些都是航空航天工業所看重的技術指標。這種新型碳纖維復合材料可以減輕部件20%的重量，在航空器機翼、機身、發動機等結構和部件上擁有廣泛的應用前景。

轉載請注明：北緯40° » 東麗推出新一代碳纖維預浸料產品 拉伸強度和抗沖擊性能提升30%