預(yù)浸料（Prepreg）是Preimpregnated Materials的縮寫，是把強(qiáng)化纖維（Reinforced Fiber）浸漬在基體（Matrix）中制成的預(yù)浸料片材產(chǎn)品，是復(fù)合材料的中間材料。強(qiáng)化材料主要有碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維等。基體材料主要有環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、熱可塑性樹脂等。使用Prepreg生產(chǎn)的復(fù)合材料相比于其他材料來說，能改善強(qiáng)度（strength），硬度（stiffness），耐蝕性（corrosion resistance），疲勞壽命（fatigue），耐磨耗性（wear resistance），耐沖擊性（impact resistance），輕量化（weigh treduction）等多種特性，在最近經(jīng)常使用于宇宙航空產(chǎn)業(yè)，一般產(chǎn)業(yè)，運(yùn)動(dòng)，休閑用品等的生產(chǎn)上。 本文來自123
隨著復(fù)合材料研究和開發(fā)的不斷進(jìn)步, 使用領(lǐng)域日漸擴(kuò)大, 復(fù)合材料構(gòu)件不同制造工藝、不同工作條件對(duì)預(yù)浸料也提出了不同要求。為了適應(yīng)來自多方面的需要, 新的預(yù)浸料不斷出現(xiàn), 預(yù)浸料的類型不斷增加。按物理狀態(tài)分類,預(yù)浸料分成單向預(yù)浸料、單向織物預(yù)浸料、織物預(yù)浸料; 按樹脂基體不同, 預(yù)浸料分成熱固性樹脂預(yù)浸料和熱塑性樹脂預(yù)浸料; 按增強(qiáng)材料不同, 分成碳纖維( 織物) 預(yù)浸料、玻璃纖維( 織物) 預(yù)浸料、芳綸( 織物) 預(yù)浸料; 根據(jù)纖維長(zhǎng)度不同, 分成短纖維( 4176mm 以下) 預(yù)浸料、長(zhǎng)纖維( 1217mm) 預(yù)浸料和連續(xù)纖維預(yù)浸料; 按固化溫度不同, 分成中溫固化( 120 ℃) 預(yù)浸料、高溫固化( 180 ℃) 預(yù)浸料以及固化溫度超過200 ℃ 的預(yù)浸料等。
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新近發(fā)展趨勢(shì)的考慮說明材料供應(yīng)商正一如繼往地?cái)U(kuò)大預(yù)浸料工藝的范圍。
非常清楚的是，如果其生產(chǎn)、儲(chǔ)存和加工的費(fèi)用能降低的話，預(yù)浸料會(huì)得到較大的市場(chǎng)認(rèn)可。 123456
對(duì)此貢獻(xiàn)最大的是固化溫度的降低。Hexcel Composites公司的一位預(yù)浸料專家Neil Howard說，如果溫度能降低到足以不需目前在航空航天中通常所用的熱壓釜固化 它將產(chǎn)生極大的影響。除了免掉加工管理費(fèi)用外，能減少模具成本，還在復(fù)合材料成品中減少?gòu)椥院笮?。Hexcel的化學(xué)家已通過使用M21，朝這一方向邁進(jìn)了一步。M21是一種第三代韌性環(huán)氧基體，它具有航空航天應(yīng)用所需的機(jī)械強(qiáng)度、剛度和其它性能，但可在l30℃時(shí)(而非通常的180"C)固化。M21在濕熱老化后在沖擊及開孔壓縮試驗(yàn)中表現(xiàn)出高的壓縮強(qiáng)度。在溫度高達(dá)130~C還保留濕熱性能。此樹脂流動(dòng)性能良好，而且固化簡(jiǎn)單不需后固化。M21可與單向帶和多軸織物一起使用作為適用于大型航空航天結(jié)構(gòu)件的預(yù)浸料。 內(nèi)容來自123456
M36這種空中客車公司認(rèn)可的材料是另一130℃時(shí)固化的基體配套材料，被作為厚膜應(yīng)用。有趣的是，M36同樣地瞄準(zhǔn)樹脂灌注工藝，此工藝與“標(biāo)準(zhǔn)的”航空航天用熱壓釜預(yù)浸料工藝(作為推薦應(yīng)用單向帶和機(jī)織織物的預(yù)浸料領(lǐng)域)競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)槊芏缺葮?biāo)準(zhǔn)180℃固化基體的約低10％，此樹脂可節(jié)省重量，優(yōu)于第二代(增韌的)環(huán)氧樹脂，有著同等的機(jī)械性能(例如Hexcel的8552和M72，后者在Cytec許可下生產(chǎn))。其粘度狀況和低放熱特征使其可與在“半預(yù)浸”方法中樹脂膜和干纖維層交錯(cuò)的厚鋪層共同使用。 copyright 123456
通常對(duì)預(yù)浸料的批評(píng)是其生產(chǎn)的難度。鋪層法因在層間常需壓實(shí)使得操作緩慢，這阻礙了大規(guī)模批量生產(chǎn)。預(yù)浸料也不大適合復(fù)雜的小半徑的3D 幾何形狀。在這方面預(yù)浸料跟SMC和BMC形成了對(duì)照，SMC和BMC因其易于制造而受到汽車工業(yè)的青睞。但SMC和BMC因其纖維短及纖維含量低而缺乏預(yù)浸料具有的高方向性機(jī)械強(qiáng)度。為了把SMC的制造能力和接近預(yù)浸料的性能結(jié)合起來，Hexcel開發(fā)了一種單向玻璃纖維和碳纖維預(yù)浸料的變體。憑借較長(zhǎng)(但非連續(xù)的)纖維和不小于57％的纖維含量，Hex McTM在機(jī)械性能方面甚至優(yōu)于強(qiáng)度最高的SMC，從而被推薦用于必須批量生產(chǎn)的剛性、幾何形狀復(fù)雜、重量控制嚴(yán)格的產(chǎn)品。與在碳纖維SMC中實(shí)際最大纖維束為3K或6K相比較，碳纖維變體有24K、48K 和60K 的纖維束。和標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)浸料二樣，產(chǎn)品含有脫膜紙成卷包裝，并有足夠的柔韌性和粘性易于堆放和播放進(jìn)壓縮模具中。 123456
另一家大規(guī)模預(yù)浸料供應(yīng)商SP Systems同樣堅(jiān)持改進(jìn)其系列產(chǎn)品，目前包括在80~C的低溫下也能固化的材料。SE 84是一族能在此溫度時(shí)固化的多用途的熱熔環(huán)氧，但是為了加速模塑也可采用120"C固化。在2l℃下長(zhǎng)達(dá)8個(gè)星期的外放置壽命，使具有其增粘體系擴(kuò)大了使用范圍。因其壓縮強(qiáng)度高，大量用于大型的重負(fù)荷構(gòu)件，例如高性能快艇船殼和翼梁。同樣可在80~120~C固化的sE 85是抗微裂紋的橡膠增韌體系。高流動(dòng)特征使其適用于用真空袋模塑工藝生產(chǎn)厚達(dá)25mm 的層板。另一級(jí)別的sE 90推薦用于更厚的部件。作結(jié)構(gòu)應(yīng)用如賽車、桅桿、運(yùn)動(dòng)器材和飛行器最理想的體系是SE 135。據(jù)說該材料在175"C的固化體系中提供機(jī)械性能的水平相當(dāng)于一種可在低于ll0~C時(shí)固化的高強(qiáng)度預(yù)浸料。 copyright 123456
Advanced Composites Croup生產(chǎn)的高性能預(yù)浸料能在65℃開始固化。盡管如此低的固化溫度不可避免地會(huì)損失一些“機(jī)械性能”，但這種預(yù)浸料可用于模具、船舶以及其它對(duì)結(jié)構(gòu)荷載要求不是很高的領(lǐng)域。
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另外值得注意的趨勢(shì)是大絲束碳纖維在高性能商業(yè)化應(yīng)用上的日益增長(zhǎng)。例如美國(guó)運(yùn)動(dòng)器材專業(yè)公司Aidida Golf生產(chǎn)幾百噸基于50K纖維束的碳纖維預(yù)浸料并用于每天多達(dá)2．5萬根高爾夫球桿的制造。每根高爾夫球桿大約使用碳纖維／環(huán)氧90g，高爾夫球桿在恒溫箱中于120℃時(shí)固化。此固化材料的模量從標(biāo)準(zhǔn)的33Msi到最高的57Msi范圍之間。因價(jià)格遠(yuǎn)低于航空航天級(jí)小絲束碳纖維(典型的1．2萬根單纖維)，大絲束碳纖維(48 320K)在基礎(chǔ)設(shè)施、電子附件和管件應(yīng)用上的需求日益增長(zhǎng)，例如自行車架、轉(zhuǎn)向柱和車輛懸置。例如密支根的Creative Composites公司大絲束碳纖維／環(huán)氧用于雪上汽車的懸置裝配。 123456
專用生產(chǎn)預(yù)浸料的Primco公司在管件產(chǎn)品方面也具有很強(qiáng)的能力。它有一系列基于不同的樹脂和織物的產(chǎn)品。和一些合伙公司一起生產(chǎn)復(fù)合材料管用于電信(桅桿和天線)、運(yùn)動(dòng)器材(釣魚桿、高爾夫球桿)和其它領(lǐng)域。該公司于二、三年前建立了一單向帶和織物熱熔浸漬的預(yù)浸料車間。生產(chǎn)線中的一條是彩色預(yù)浸料，將玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維和著色的工程纖維紗結(jié)合在一起，后者起到了裝飾效果，吸引了運(yùn)動(dòng)、休閑和汽車領(lǐng)域消費(fèi)者的注意。固化的體系可用于操作溫度高達(dá)200~C的場(chǎng)合。 123456
Bryte Technologies公司供應(yīng)的先進(jìn)復(fù)合材料之中有織物預(yù)浸料、單向帶和兩年前開始的一種低溫固化的模具用預(yù)浸料。TP一200為65℃固化的增韌環(huán)氧，在后固化后可用于135℃重復(fù)循環(huán)而無微裂紋。
更值得注意的發(fā)展是熱塑性預(yù)浸料的不斷增長(zhǎng)的可能性。例如在航空航天、海上油井和基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)上活躍的Gurit Suprem (其前身是Sulzer Innotec)提供一系列用熱塑性聚合物如聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)浸漬的單向帶、條板和織物。最近其SUPreme商標(biāo)的新增產(chǎn)品包括碳纖維增強(qiáng)PA和聚烯烴(PVDF、PP)以及以超高強(qiáng)碳纖維和PBO纖維為主的變體。Primco對(duì)其PfimsheetTM熱塑性預(yù)浸料的美觀和機(jī)械性能做了大肆宣傳，該材料可用于從單層厚度到幾毫米厚的板材。CytecFiberite公司用幾種熱熔工藝制造其APC族熱塑性預(yù)浸料。法國(guó)的Schappe Techniques公司生產(chǎn)適用于短周期壓縮模塑、氣囊模塑和隔板成型的干的熱塑性預(yù)浸料。 123456
盡管目前預(yù)浸料市場(chǎng)供大于求以及因此產(chǎn)生的價(jià)格下降的壓力，生產(chǎn)商還是不斷改進(jìn)其產(chǎn)品，在進(jìn)一步擴(kuò)大其商品品種和商業(yè)領(lǐng)域的同時(shí)，為傳統(tǒng)的高性能應(yīng)用提供革新的新材料。
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