【技术干货】全面了解日本帝人碳纤维及其复合材料(三)——碳纤维/热塑性复合材料

编者按:2018年4月,日本帝人集团决定将其旗下东邦特耐克丝株式会社合并到帝人株式会社。业务合并后帝人集团在欧洲、美国以及新加坡的业务公司名称进行了更改,如Toho Tenax America, Inc. 更改为 Teijin Carbon America, Inc.,所以传统概念东邦碳纤维就被帝人碳纤维替代。

在系列报道《全面了解日本帝人碳纤维及其复合材料(一)——碳纤维产品》介绍了日本帝人公司碳纤维性能指标,值得关注的是:目前帝人公司在研XMS31碳纤维产品拉伸强度5.9GPa、拉伸模量为310GPa,是一种兼具高强度高模量的新型高强高模碳纤维;而XMS35型碳纤维的拉伸强度、拉伸模量则分别达到6.2GPa、350GPa

在系列报道《全面了解日本帝人碳纤维及其复合材料(二)——碳纤维复合材料》中介绍了日本帝人集团的Tenax®TPUD PEEK-HTS45 层合板型指标,而实际上日本帝人应用最广泛的两种PEEK复合材料除了PEEK-HTS45层合板以外,就是今天要介绍了PEEK-HTA40。

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帝人公司TPWF PEEK-HTA40产品

日本东丽PEEK-HTS45为热塑性单向板(Thermo Plastic UniDirectional,简称TPUD),因此产品名称为Tenax®TPUD PEEK-HTS45 ;而此次介绍的PEEK-HTA是热塑性织物(Thermo Plastic Woven Fabric,简称TPWF ),产品名称为Tenax®TPWF PEEK-HTA40。
日本帝人公司碳纤维热塑性织物
日本帝人TPWF PEEK-HTA40产品主要性能参数如下表所示,增强织物的纤维选用了3k规格强度为3800MPa、模量238GPa的HTA40型纤维,相当于东丽T300级别。
通过将TPWF PEEK-HTA40产品裁割成0.5平方厘米的预浸料,可以采用特殊的模压工艺加工成结构件(如下图所示)。
利用碳纤维/PEEK织物加工零部件

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帝人公司TPCL PEEK-HTA40产品

Tenax®TPCL PEEK-HTA40产品中的TPCL为Thermo Plastic Consolidated Laminate(热塑性强化层压板)的简称,它是以TPWF PEEK-HTA40织物作为原料加工成的特殊层压板材料。
为了提高Tenax®TPCL PEEK-HTA40产品的防腐蚀能力,在层压板表面会增加一层玻璃纤维织物(如下图所示),该织物中玻璃纤维体积含量65%、PEEK含量为35%。
玻璃纤维/PEEK织物提高防腐能力
而为了有效提高复合材料雷击防护,在TPCL PEEK-HTA40产品表面会再增加一层金属铜网(如下图所示)。
铜网提高雷击防护能力
Tenax®TPCL PEEK-HTA40产品主要性能指标如下表所示。

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TPCL PEEK-HTA40产品特点及应用

Tenax®TPCL PEEK-HTA40产品主要优点在于具有优异的机械性能、在高温环境下可连续使用、不产生烟雾或有害物质、室温保存、可循环使用。

该产品成型工艺特点包括:成型时间短,可实现大体积应用,自动化成型,以及热塑性连接技术,其零部件的加工流程如下图所示。
帝人碳纤维热塑性复合材料结构件加工过程
Tenax®TPCL PEEK-HTA40产品可以采用3D打印形式生产零部件,具体加工流程如下图所示。

碳纤维热塑性复合材料3D打印结构件加工过程

目前Tenax®TPCL PEEK-HTA40产品已经在空客A350飞机上实现了应用(如下所示)。
PEEK-HTA40产品在空客A350上大量应用
Tenax HTA40 3K 5HS PEEK预浸料厚度可以从0.622毫米(0.245英寸-20层)到101毫米(4.0英寸-325层)。
Tenax HTA40 3K 5HS PEEK预浸料
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