預(yù)浸料(Prepreg,Preimpregnated Materials)是指樹脂基體在嚴(yán)格控制含量條件下浸漬增強(qiáng)材料,制得的具有均勻纖維面密度的樹脂基體和增強(qiáng)材料的組合物,是制備復(fù)合材料的一種重要的中間過渡基材。樹脂和纖維是復(fù)合材料組成基礎(chǔ),預(yù)浸料質(zhì)量好壞直接影響復(fù)合材料的性能優(yōu)劣。預(yù)浸料使用工藝有真空袋、熱壓罐、模壓法、袋壓法、卷管工藝等種類,均在高溫高壓下固化制備,因而具有獨特的性能。
為了方便后處理,預(yù)浸料中的樹脂基體通常只是部分固化,并儲存在陰涼處以防止完全聚合。在制造復(fù)合材料期間,需要在高壓釜或烘箱中加熱此預(yù)浸料,以實現(xiàn)完全聚合。預(yù)浸料中的增強(qiáng)材料可以是單向纖維或織物,見下圖。
圖1:預(yù)浸料增強(qiáng)形式分類
預(yù)浸料按增強(qiáng)體物理形狀可以分為單向預(yù)浸料和織物預(yù)浸料;按寬度分類有寬、窄帶;按增強(qiáng)體種類分有碳纖維增強(qiáng)預(yù)浸料、玻璃纖維增強(qiáng)預(yù)浸料及芳綸纖維增強(qiáng)預(yù)浸料等;按固化溫度分可分為低溫(80℃)、中溫(120℃)、高溫(180℃)固化預(yù)浸料;預(yù)浸料按照所用基體樹脂的不同,主要分為熱固性預(yù)浸料和熱塑性預(yù)浸料兩大類,其中熱固性基體樹脂主要使用環(huán)氧樹脂,其它包括酚醛、不飽和聚酯、乙烯基酯等;所用增強(qiáng)纖維有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、PBO纖維等。
圖2:預(yù)浸料的分類
預(yù)浸料的主要優(yōu)點如下:
依據(jù)材料的性能和用量,預(yù)浸料和其他高性能復(fù)合材料技術(shù)比較如下圖:
圖3:預(yù)浸料和其他高性能復(fù)合材料技術(shù)比較
在上世紀(jì)60年代,預(yù)浸料工藝技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家得到了快速發(fā)展,本世紀(jì)初,面向國內(nèi)航空航天、風(fēng)能、汽車、體育休閑和工業(yè)裝備領(lǐng)域,國外主要的預(yù)浸料廠家紛紛在國內(nèi)建廠生產(chǎn),使預(yù)浸料在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用得到大幅提升。下面列出了預(yù)浸料當(dāng)前可以使用的一些關(guān)鍵領(lǐng)域:
二、國內(nèi)外預(yù)浸料應(yīng)用市場概述
預(yù)浸料產(chǎn)品成型容易、便于加工且具有較大的設(shè)計自由度,在商用航空航天、軍事/防御、通用航空、太空/衛(wèi)星、體育用品、船舶、風(fēng)能、汽車和土木工程等行業(yè)中具有良好的發(fā)展前景。知名市調(diào)機(jī)構(gòu)Lucintel LCC預(yù)測,到2024年,全球預(yù)浸料市場預(yù)計將達(dá)到64億美元,從2019年到2024年的復(fù)合年增長率為4.6%。全球預(yù)浸料市場的主要驅(qū)動因素是對高性能復(fù)合材料的需求不斷增長以及在不同終端應(yīng)用行業(yè)中用復(fù)合材料代替金屬成為大勢所趨。知名市調(diào)機(jī)構(gòu)Research and Markets預(yù)測,2026年全球碳纖維預(yù)浸料市場規(guī)模將達(dá)到49億美元,在所有預(yù)浸料市場規(guī)模中占比高達(dá)70%以上。在航空航天、工業(yè)應(yīng)用和體育休閑三大應(yīng)用領(lǐng)域的占比分別為15%、65%和20%。
國外著名的預(yù)浸料生產(chǎn)企業(yè)有Toray(東麗)、Hexcel(赫氏)、Solvay SA(索爾維,原Cytec(氰特))、Gurit(固瑞特)、Mitsubishi Chemical(三菱化學(xué))、Teijin(帝人)、SGL(西格里)、TenCate(騰卡特,現(xiàn)已并入東麗)、SK化學(xué)(現(xiàn)已并入東麗)等。
在我國,運動用品如網(wǎng)球拍、自行車、釣魚竿和高爾夫球桿等是碳纖維預(yù)浸料的傳統(tǒng)市場,同時隨著航空航天、軌道交通和風(fēng)電領(lǐng)域越來多地使用碳纖維預(yù)浸料,推動了市場的不斷增長。但無論是在技術(shù)水平還是產(chǎn)量方面,與國際先進(jìn)水平相比,我國的預(yù)浸料產(chǎn)品還存在一定差距,高端產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。我國預(yù)浸料產(chǎn)品的應(yīng)用目前仍集中在相對低端的體育休閑產(chǎn)業(yè),航空航天、工業(yè)應(yīng)用和體育休閑用品分別占比為5%、35%和60%,航空航天、汽車和軌道交通等高端工業(yè)領(lǐng)域的預(yù)浸料產(chǎn)品仍然需要依賴進(jìn)口。因此,國內(nèi)的預(yù)浸料廠家主要產(chǎn)品集中在低端的體育休閑和一般工業(yè)領(lǐng)域,這些領(lǐng)域?qū)︻A(yù)浸料產(chǎn)品的性能要求不高,不需要長時間的材料認(rèn)證和成品實驗,門檻較低,從而導(dǎo)致產(chǎn)品低價競爭激烈。
國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)主要有中航復(fù)材、光威復(fù)材、恒神股份、山東江山纖維、浙江聯(lián)洋、江蘇澳盛、四川新萬興、上海晉飛、百合航太等。
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