恒神-深圳研討會匯報材料

高性能預(yù)浸料及其在民品市場中的應(yīng)用介紹

——恒神股份波音787碳纖維是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)原材料,也是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的高新技術(shù)材料，具有高強(抗破壞性)、高模(抗變形能力)特性，強度高于鋼,質(zhì)量輕于鋁。碳纖維復(fù)合材料已在軍事及民用工業(yè)的各個領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，從航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運動器材和休閑用品等。因此，碳纖維被認(rèn)為是高科技領(lǐng)域中新型工業(yè)材料的典型代表，為世人所矚目。航天飛機(jī)、火箭汽車軌道交通海洋工程高壓電纜風(fēng)力發(fā)電工程機(jī)械

在未來的5-10年里，民用工業(yè)需求預(yù)計將以兩位數(shù)增長，航空業(yè)需求預(yù)計將以較高個位數(shù)增長，體育用品市場的需求在此期間將放緩。工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，隨著碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用拓寬，風(fēng)能和汽車制造業(yè)將成為推動全球碳纖維需求增長的主力。

目前，國內(nèi)碳纖維主要應(yīng)用在釣魚竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車等體育休閑市場上，且這部分市場的碳纖維消費已接近飽和，高端碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的市場仍存在很大的空間。

因此，碳纖維企業(yè)需要結(jié)合自身資源能力定位產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展方向，聚焦產(chǎn)業(yè)鏈下游市場，瞄準(zhǔn)發(fā)展?jié)摿薮蟮母叨嗣裼脩?yīng)用領(lǐng)域。預(yù)浸料樹脂體系簡介酚醛樹脂是最早的熱固性樹脂，具有良好的粘結(jié)性，固化后耐熱性和介電性能都很好，突出的特點是阻燃性能優(yōu)異，熱釋放速率低、煙密度小，燃燒時釋放的氣體毒性小。工藝性性能好，可采用模壓、纏繞、手糊、噴射、拉擠工藝制造復(fù)合材料構(gòu)件。民機(jī)內(nèi)裝飾材料大量使用酚醛樹脂基復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂是最早用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的樹脂基體，特點是材料品種多，不同的固化劑和促進(jìn)劑可獲得從室溫到180℃的固化溫度范圍；有較高的力學(xué)性能；與各種纖維匹配型好；耐濕熱；韌性優(yōu)良；工藝性優(yōu)良（鋪覆性好、樹脂粘度適中，流動性好、加壓帶寬等）；適合大構(gòu)件整體共固化成型；價格便宜。環(huán)氧樹脂的良好成型工藝性、杰出的韌性使它在先進(jìn)復(fù)合材料的樹脂基體中占有重要地位。

改性雙馬來酰亞胺樹脂（簡稱雙馬樹脂），是為適應(yīng)新型殲擊機(jī)對復(fù)合材料樹脂基體的要求而研制開發(fā)的，這些要求包括：在130℃~150℃濕熱環(huán)境條件下具有較高的強度、剛度保持率；具有良好的抗沖擊損傷能力；優(yōu)越的工藝性能，并能適應(yīng)于大型構(gòu)件與復(fù)雜型面構(gòu)件的制造等。雙馬樹脂與環(huán)氧樹脂相比，主要表現(xiàn)為耐濕熱性能優(yōu)越，使用溫度高；不足之處是工藝性不如環(huán)氧樹脂好、固化溫度高（185℃以上開始固化），并要求在200℃或200℃以上溫度下進(jìn)行較長時間處理。氰酸酯樹脂具有較低的介電常數(shù)（2.8~3.2）和極小的介電損耗正切值（0.002~0.008），高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（240~290℃），低收縮率、低吸濕率，優(yōu)良的力學(xué)性能和粘結(jié)性能等，而且它具有與環(huán)氧樹脂相似的加工工藝性。目前氰酸酯樹脂主要應(yīng)用在三方面：高速數(shù)字及高頻用印刷電路板，高性能透波結(jié)構(gòu)材料和航空航天用高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料基體。以下，以恒神目前正在進(jìn)行的和即將進(jìn)行的預(yù)浸料樹脂體系出發(fā)，簡要介紹幾種高性能預(yù)浸料在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。

用于復(fù)合材料成型的模具根據(jù)使用條件使用不同材料制成。

對于低溫固化部件或原型部件來說，不需要嚴(yán)格控制尺寸的精確性，模具通常采用玻纖、高密度泡沫、可加工的環(huán)氧樹脂板甚至粘土或木材制成。

鋼和鋁通常是高性能模具的首選材料，但它們在生產(chǎn)復(fù)合材料部件時也有重大缺陷。在高溫固化過程中，模具和部件的CTE通常相差很遠(yuǎn)而無法相容。高價金屬合金（例如殷鋼）具有更加相似的CTE，但其加工成本很高。對于大型部件來說，這類模具的尺寸和重量使其難以加工、移動和存儲。

復(fù)合材料模具相比傳統(tǒng)金屬模具的優(yōu)勢在于，復(fù)合材料模具具有較低的生產(chǎn)成本，而且便于處理和存儲。對于需要精確尺寸的高性能部件來說，復(fù)合材料模具與部件的CTE更加接近，在固化過程有助于保持尺寸的完整性。

目前復(fù)合材料模具已逐步應(yīng)用在航空、汽車、船艇、工業(yè)和賽車行業(yè)一、模具用樹脂體系恒神模具體系完成了從低溫代木到高溫雙馬、從液體導(dǎo)入成型到預(yù)浸料熱壓罐成型的全面覆蓋，可以滿足客戶的不同需求。

EL303EM401CACB適用期@25℃，hr11.58起始粘度@25℃，cps250270236耐溫性，℃105104>210熱膨脹系數(shù)，×10-6/℃3.71.9-2.33-4固化制度25℃/16h+50℃/6h+100℃/2h50℃/6h+100℃/2h70℃/7h+150℃/2h+200℃/2h特點中溫導(dǎo)入模具系列，二種固化劑體系選擇耐高溫導(dǎo)入模具體系導(dǎo)入樹脂體系預(yù)浸料樹脂體系

EL201BH201EV201EL401室溫粘性壽命，天7

2128

熱膨脹系數(shù)，×10-6/℃2-3

2.6

耐溫性，℃＞200

＞250

140

固化制度60℃/16h+200℃/0.25h+190℃/8h120℃/45min+180℃/3h+230/3h70℃-120℃變溫固化

特點低溫固化，高溫使用模具體系耐高溫雙馬模具體系變溫固化模具體系代木

環(huán)氧樹脂是用量最大的復(fù)合材料基體，為獲得力學(xué)和耐熱性能優(yōu)良的固化產(chǎn)物，常需高溫固化。但高溫使得制品產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，影響尺寸精度控制，嚴(yán)重時會導(dǎo)致材料提前破壞；同時高溫固化會造成制品芯模、模具等輔助材料選材范圍窄，制造工藝復(fù)雜和能耗高等問題，不利于成本的降低。

環(huán)氧樹脂的低溫固化可以極大地降低由昂貴的模具、高能耗設(shè)備及高性能輔料等帶來的高費用，且構(gòu)件尺寸精度高，固化殘余應(yīng)力低，尤其適合于制備大型及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料制件。

環(huán)氧樹脂的低溫固化是指固化溫度低于100℃，且可以在自由狀態(tài)如無壓條件下進(jìn)行高溫后處理。雖為低溫固化，但固化后復(fù)材的力學(xué)及耐熱性能與高溫固化相比沒有明顯差別。環(huán)氧樹脂用低溫固化劑很多，用于復(fù)合材料基體樹脂使用的環(huán)氧樹脂體系必須在室溫下有很好的儲存期以滿足制備工藝的要求。因此，低溫固化環(huán)氧樹脂體系著重在于滿足室溫儲存期長而固化溫度低的固化劑體系。

作為先進(jìn)復(fù)合材料的基體，低溫固化環(huán)氧樹脂的研究和使用主要集中在預(yù)浸料制備和濕法直接成型兩個方面。二、低溫固化環(huán)氧樹脂體系導(dǎo)入和RTM樹脂體系

EL301EL303快速固化標(biāo)準(zhǔn)固化慢速固化典型粘度@25℃，cps200-250200-260200-300250-300凝膠時間（水中），mins18-35160-200410-470220-260最大Tg，℃95110適用期（空氣中），mins2255230固化制度20℃/5h+55℃/16h20℃/8h+55℃/16h20℃/16h+55℃/16h25℃/16h+50℃/6h+100℃/2h特點特別適用于海洋裝備和甲板，包含三種不同類型固化劑，可根據(jù)部件大小和工作環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整適用于海裝和新能源手糊樹脂體系

EL302快速固化標(biāo)準(zhǔn)固化慢速固化慢速固化典型粘度@25℃，cps900-1200450-6600310-430400-500凝膠時間（水中），mins20-2470-130350-550350-450最大Tg，℃75固化制度25℃/5h+70℃/5h25℃/8h+70℃/5h25℃/16h+70℃/5h25℃/24h+70℃/5h特點設(shè)計應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)件特別適用于海洋裝備和甲板，包含四種不同類型固化劑，可根據(jù)部件大小和工作環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整預(yù)浸料樹脂體系

為滿足客戶的真空袋壓需求所開發(fā)的變溫固化樹脂體系EV201，具有高性能的表觀效果，且能用于低成本模具的制備。該預(yù)浸料在常溫下壽命可達(dá)40天，固化溫度為70-120℃。最大Tg可達(dá)140℃。該樹脂體系可與恒神碳纖維，玻璃纖維，芳綸纖維以及其他碳纖維配合制成相應(yīng)的預(yù)浸料體系。單向預(yù)浸料體系標(biāo)準(zhǔn)FAW為75-600g/㎡?？膳cFAW為100-900g/㎡的標(biāo)準(zhǔn)織物和NCF結(jié)合制成相應(yīng)的織物預(yù)浸料。最低固化溫度（℃）時間@最低固化溫度下7016h7512h808h856h903h45min100100min11050min12025min低溫固化環(huán)氧樹脂體系目前在船艇行業(yè)有著很廣泛的應(yīng)用，包括整船的真空成型，夾層結(jié)構(gòu)的蒙皮以及修補等。

在部分民品領(lǐng)域因使用溫度的特殊性，需要Tg較高的樹脂基復(fù)合材料。但考慮到成本及力學(xué)性能，大部分的樹脂體系無法滿足民品市場的需求。氰酸酯樹脂體系能夠滿足高Tg的要求，但力學(xué)性能很難滿足，且初固化后性能較低；雙馬樹脂體系的成型時間和能耗較高，無法適應(yīng)于民品。目前開發(fā)的環(huán)氧樹脂體系，在板材力學(xué)性能和Tg方面均能達(dá)到要求，工藝操作方面還在進(jìn)一步的調(diào)整中。三、高Tg（>250℃）環(huán)氧預(yù)浸料測試項目T700SC/U/100gsm0°拉伸強度，MPa24080°拉伸模量，GPa1330°壓縮強度，MPa15060°壓縮模量，GPa12490°壓縮強度，MPa20290°壓縮模量，GPa7.76層間剪切強度，MPa103層壓板力學(xué)性能層壓板DMA測試數(shù)據(jù)四、阻燃環(huán)氧樹脂預(yù)浸料301050202020152010199020052000199520252030預(yù)計2030年，各領(lǐng)域阻燃復(fù)合材料的需求：JS裝備35%休閑用品4%工業(yè)及其它應(yīng)用61%40200706080環(huán)氧樹脂是熱固性樹脂中非常重要的樹脂，但由于其氧指數(shù)較低（約19.8），阻燃性能較差，容易引起火災(zāi)，因此必須進(jìn)行阻燃處理，以提高環(huán)氧樹脂的阻燃性能。目前，如何提高環(huán)氧樹脂阻燃性能，特別是如何獲得環(huán)境友好型阻燃環(huán)氧樹脂及進(jìn)行無鹵無磷阻燃處理已成為國內(nèi)外研究的熱點課題。1.適用于真空袋壓工藝及模壓工藝。2.滿足軌道交通領(lǐng)域普遍使用的DIN5510-2中的阻燃特性S4、煙等級SR2、熔滴特性ST2，及煙毒性FED≤1.（樹脂含量40%，板材厚度2mm）3.優(yōu)良的力學(xué)性能性能等級阻燃特性S4煙密度SR2熔滴特性ST2煙毒性FED≤1（實測0.02）性能數(shù)據(jù)單位經(jīng)向拉伸強度750MPa經(jīng)向拉伸模量70GPa緯向拉伸強度750MPa緯向拉伸模量70GPa面內(nèi)剪切強度85MPa面內(nèi)剪切模量5GPa層間剪切強度70MPa沖擊后壓縮強度（CAI）200MPa板材的力學(xué)性能耐熱性：Tg：140℃

碳纖維復(fù)合材料對汽車行業(yè)來說是質(zhì)量最輕、強度最大的制造材料之一。今天，當(dāng)原始設(shè)備制造商試圖滿足更嚴(yán)格的美國燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和更具挑戰(zhàn)的歐洲尾氣排放限制時，汽車制造商們都承認(rèn)碳纖維復(fù)合材料提供了一個理想的手段來減輕整車重量，同時又不會犧牲乘員安全或駕駛性能。但碳纖維的高成本