【碳企研究】全面了解日本三菱碳纤维及其复合材料——碳纤维锻造模塑料
编者按：日本三菱化学控股集团是目前全球少数的既拥有PAN基碳纤维又拥有沥青基碳纤维的生产企业之一，三菱在碳纤维产品生产链中涵盖了原料到最终产品。本公众号在前期文章中分别针对三菱化学公司沥青碳纤维Dialead特性（阅读原文）、三菱人造丝PAN基碳纤维特性（阅读原文）进行了介绍。
为了更加深入了解日本三菱碳纤维及其复合材料、中间材料等特点及应用，在前文概括介绍了三菱公司的碳纤维产品基础上，本文主要介绍公司锻造模塑料的概念、成型加工、优点及典型应用。
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碳纤维锻造模塑料及其加工
碳纤维锻造模塑料（Carbon Fiber Forged Molding Compound，CF-FMC）主要由工业级碳纤维的短切材料（通常为25mm长）以及树脂材料两者进行混合形成的混合物。
日本三菱化学公司通过对碳纤维质量含量和树脂体系（环氧树脂、乙烯基酯和酚醛树脂）的优化组合，可以为不同领域的应用提供具有高机械性能的材料体系。
CF-FMC的典型加工工艺示意图如下图1所示。
图1 CF-FMC典型加工示意图
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碳纤维锻造模塑料优点及典型性能
碳纤维锻造模塑料CF-FMC主要的优异特性体现在以下几个方面（图2）：
周期短，是批量自动化生产的理想选择
复杂几何形状的设计
功能集成（插入物，肋等）
高机械性能
与橡胶等多种材料或与碳纤维预浸料/ Towpreg中间体结合，进行一次性混合成型
全新时尚的碳素外观
图2 CF-FMC材料兼具优异的成型性和可设计性
基于改性乙烯基酯树脂和60%纤维质量含量，且采用低流动成型（>85%模具覆盖率）工艺加工得到的碳纤维锻造模塑料CF-FMC主要力学性能指标如下表1、图3所示：
表1 CF-FMC材料的主要机械性能
图3 与表1相对应的三种CF-FMC材料的力学性能
对于高负载的CF-FMC结构复合材料零件，日本三菱化学可以提供如下服务：
用于静态分析的材料定义数据库
用于故障分析的物料卡
金属模具设计
CF-FMC零件的复合设计
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碳纤维锻造模塑料零部件的成型加工
碳纤维锻造模塑料CF-FMC复合材料可在一定的压力和温度下，通过模制加工成复杂的CFRP零件，一些多样化应用包括肋、金属嵌件和混合模制以及预浸料等。CF-FMC零部件加工成型过程如下图4所示：
图4 CF-FMC零部件的成型加工
成型加工过程的主要实验条件包括：
成型温度：130°C–150°C |模具覆盖率>85%|低流动成型
成型压力：5–10 MPa
固化时间：145°C温度下固化2–5分钟，1分钟/mm。
图5显示了碳纤维锻造模塑料CF-FMC在一些诸如肋、金属嵌件等结构中的应用实例。
图5 CF-FMC零部件的典型应用