“更好，更強，更穩定”是材料領域不變的法則，熱塑性碳纖維復合材料就能夠更好的提升纖維的性能，使其能夠在更多的領域中得到應用。熱塑性碳纖維跟熱固性碳纖維一樣，具有輕質、高強、耐腐蝕、抗蠕變等性能之外，還具有更高的材料韌性以及損傷容限，就可以應用到飛機等高端領域中的特殊場景中去。那本文我們就來看看關于熱塑性碳纖維復合材料的知識。

　　這里我們來看看國內率先完成連續碳纖維熱塑性復合材料生產廠家智上新材的技術經理來給大家帶來關于熱塑性碳纖維復材的全知識類解析。

　　基本概念

　　熱塑性碳纖維也是碳纖維復合材料的一種，這里面還有短切、長切等，屬于熱塑性碳纖維的細分賽道，這種材料的研發耗時耗財，但它關系到國防實力，是國外對我們的卡脖子技術，所以研究該材料勢在必行。先看看關于熱塑性碳纖維的基本材料概念，很多人可能還不是很清楚。

　　碳纖維復合材料是由碳纖維絲束作為增強體和樹脂基體組成，通過樹脂粘合碳纖維絲束從而達到更好的性能表現。

　　傳統的熱固性樹脂的粘接性比較好，所以整個的復材結構比較穩定，那熱塑性碳纖維就是通過熱塑性樹脂作為增強體的復合材料，熱塑性樹脂由線性高分子聚合物組成，在一定的條件下發生溶解、熔融的時候只是發生物理變化，不同于熱固性樹脂的化學變化，這種物理變化，能夠重新塑形，也就具備了可回收的性能優勢。現階段眼睛的熱塑性樹脂有聚酰胺(尼龍6)、聚苯硫醚(PPS)，聚醚醚酮(PEEK)等，其中聚醚醚酮樹脂(PEEK)+碳纖維熱塑性復合材料在眾多領域中備受關注，整個的耐熱性能更好，生物相容性更好，被譽為未來人形機器人的核心材料，也因為極其突出生物相容性能夠在尖端醫療如骨科植入中帶來新的希望，它不同于金屬材料的冰冷感，還能夠帶來更好的舒適性。

　　我們在進行熱塑性碳纖維跟熱塑性碳纖維對比中發現，整個的熱塑性碳纖維復材帶來的性能優勢更高，不單純是強度性能更好，熱塑性碳纖維復材還具有非常好的加工和成型優勢、還具備損傷容限高、介電常數高、儲藏期無限制，具有優良的可循環性能、可循環利用、不污染環境的特點。下圖就是有關于熱塑性復材的可再生修復的圖。

　　制備困難

　　按理說，如此突出的熱塑性碳纖維復材應該是大家哄搶的材料，然而該材料現如今的應用還不多，主要集中在航空飛機上面，這其實就是因為它的制備難度比較高。主要集中在原材料、成型、浸漬到應用成本上面的難度。我們這里說的是智上新材這種高性能的連續碳纖維熱塑性復材。區域與現在市場上面的粉末、短切碳纖維增強的熱塑性復合材料，因為它們的性能并不能很好地發揮出碳纖維與高性能熱塑性樹脂的雙向優勢。

　　在材料上面，碳絲的選擇很重要，要結合物理知識進行調整，整個的碳絲束跟樹脂比例如何，碳絲表面應該怎么處理，才能更好的保證熱塑性樹脂浸漬時候更容易更徹底。

　　在成型上面，制備過程中中的溫度如何把控，不同溫度下，浸漬的情況大不同，也會直觀的影響到復材的性能;擠出過程塑化以及流動性是否相匹配;注塑壓力如何給到，這些又要結合材料本身的情況，又要我們的制備設備要跟得上才能完成。

　　在浸漬上，如何解決樹脂流動性的問題成為了關鍵，常見的就是通過改性來讓熱塑性樹脂流動更好，這里面需要化學知識的積累和實驗，并且要考慮到，浸漬完成后的界面強度是否能夠滿足要求，不能光浸漬完成，但是性能得不到保障，那又得不償失。

　　在實際應用上也有難度，整個的熱塑性碳纖維制備中，實驗成本高，這需要大量的資金，這也是為什么想要進入這個行業的公司有很多，但是堅持下來的很少，這里不得不說智上新材率先完成熱塑性碳纖維量產，其中的艱辛和堅持都功不可沒。實際應用中，這樣的高性能材料，損傷容限又很關鍵，往往應用下，需要一個比較長的驗證周期，讓這樣的材料應用不能快速完成。

　　除此之外，你包括在制備過程中，整個的工藝、設備參數的優化調整，獲得更多的性能，這既需要實際經驗有需要強大的理論基礎加持下才能完成。像國外東麗公司，這么多年下，碳絲的生產還在不斷的調整，才能一直占據市場龍頭地位。以及生產中的回收到清洗的難點，都是其制備的困難點。

　　展望

　　碳纖復材是我國“十四五計劃”重點材料之一，也是國家“卡脖子”材料。這種材料能夠代替傳統的鋼或者鋁，減重效率可達到20%-40%，在航空航天領域得到廣泛青睞。飛機結構材料約占起飛總重量的30%左右，對于軍用飛機，減重可節省燃油、擴大作戰半徑、提高戰場生存力和戰斗力;對于客機，減重可節省燃油、提高航程和凈載能力，具有顯著的經濟效益。

　　現如今的空客、波音到我們國產的飛機上大量的使用碳纖維材料，但更多的是內部件。從以往的重量高、油耗高、強度低得到轉化。熱塑性碳纖維復材的加入后，就提供更高的性能優勢，能夠在動力元件、結構元件上得到應用，具有了可回收、成型快、韌性更好、損傷容限更高的性能優勢，屬于新型“綠色材料”也是未來航空航天領域的全新發展方向。

　　行業現狀

　　熱塑性碳纖維的市場全領域的應用還不完全，現階段還是以小批量定制為主，那我們通過以為碳纖維復合材料的大市場數據來看整個的行業市場現狀。

　　高性能的熱塑性碳纖維主要的群體集中在航空飛機領域中，我們通過下圖國內外軍機以及民機的復合材料使用圖看，我國的市場還是比較缺乏，因此市場前景還是非常廣闊。

國內外飛機中復合材料應用率

　　市場規模上，2022年全球樹脂基碳纖維復材的需求量達到20.8W噸，預計到2025年將會達到29W噸，主要整漲點就是在航空、飛機、無人機領域中。

2022年全球樹脂基碳纖維復材銷售收入（10億美元）

2022年我國樹脂基碳纖維復合材料需求（噸）

　　我們國內2022年樹脂基碳纖維復材需求114.45w噸，銷售收入為1449億元，其中航空航天銷售收入達816億元。那后續的增長點就會是熱塑性碳纖維的加入，更高性能的下碳纖維復材占比將會進一步提升。熱塑性碳纖維國外技術封鎖，國產化替代下的熱塑性碳纖維必然會成為新的增長趨勢。

　　現階段的熱塑性碳纖維廠家

　　熱塑性碳纖維將會是碳纖維復材的高性能代表材料，國內外多家企業都是積極應對，這里面有國外的巨頭企業，如日本東麗、美國赫氏、日本帝人。也有我們國內的技術研發企業，如中復神鷹、中簡科技、中航高科、各大科研所以及現如今以T700-12K碳絲量產的智上新材廠家。

　　整個的熱塑性碳纖維復合材料技術還有很長的路要走，要積極的應對各種可能，苦心專研，是實現碳纖維材料快速超越國外的彎道，期待國產化熱塑性碳纖維的崛起之路。