在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）中，使用熱可塑性樹脂（加熱軟化、冷卻硬化）的“CFRTP”如今備受關(guān)注。CFRTP受到關(guān)注的最大原因是，該材料與使用熱硬化性樹脂（加熱硬化）的CFRP相比，成形時間短，實用化門檻低*1。這些成型品的中間材料——預(yù)浸材（讓碳纖維含浸樹脂的片材或氈片）的工藝中采用了傳統(tǒng)抄紙技術(shù)。這樣做的原因是可以獲得比原來更大的優(yōu)點。那么，這種優(yōu)點是什么呢？

　　

　　*1加熱后，樹脂會變軟，容易與碳纖維分離，因此CFRTP還具有容易回收再利用的特點。

　　

　　答案是工序減少，可以降低生產(chǎn)成本。

　　

　　采用抄紙技術(shù)之后可以獲得的優(yōu)點是，與以往的預(yù)浸材工藝相比，工序減少，便于降低生產(chǎn)成本。圖1是采用基于抄紙技術(shù)的新工藝生產(chǎn)的預(yù)浸材。這種預(yù)浸材由碳纖維與熱可塑性樹脂纖維(以下稱樹脂纖維)纏繞交錯形成無紡布狀，外觀及手感都與毛氈布料極為相似。圖1為王子控股開發(fā)的預(yù)浸材，圖2為阿波制紙的預(yù)浸材。兩家公司均打算利用造紙企業(yè)的核心技術(shù)——抄紙技術(shù)，來涉足作為輕量化材料備受期待的CFRP領(lǐng)域。

　　

 

 

圖1 運用抄紙技術(shù)生產(chǎn)的新型預(yù)浸材

 

 

 

 
預(yù)浸材工藝對比。上為新工藝，下為老工藝。

 

　　使兩種纖維均勻地分散在溶液中

　　

　　兩公司開發(fā)的預(yù)浸材均為使用短纖維的類型*2。王子控股的預(yù)浸材由長12～13mm的碳纖維和樹脂纖維組成。主要樹脂材料為聚酯酰亞胺(PEI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)6。而阿波制紙的預(yù)浸材使用6mm長的碳纖維和樹脂纖維。據(jù)該公司介紹，雖然樹脂材料使用PP開發(fā)而成，但也可以使用PC或PA來制造。

　　

　　*2熱硬化性樹脂預(yù)浸材大多使用連續(xù)纖維(長纖維)。一般來說，雖然強(qiáng)度高于短纖維預(yù)浸材，但復(fù)雜形狀成型性能較差。

　　

　　新工藝的最大特點是只需將碳纖維和樹脂纖維成型為無紡布(復(fù)合氈片)這一道工序，就能制成預(yù)浸材(圖2)。而以往的工藝是首先將碳纖維均勻地分散在剝離紙或者網(wǎng)格中，再噴上粘合劑，使其成型為碳纖維氈片。然后再用樹脂薄膜從兩面夾住該碳纖維氈片，通過讓樹脂滲入碳纖維的空隙中(含浸)，來獲得預(yù)浸材。也就是說，需要成型工序與含浸兩道工序。

　　

　　如上所述，新工藝比老工藝少一道工序。由于各工序的內(nèi)容不同，因此很難單純進(jìn)行比較，但工序減半之后，生產(chǎn)成本有望降低*3。

　　

　　*3但王子控股和阿波制紙都未透露新工藝具體能使生產(chǎn)成本降低多少。

　　

　　新工藝的成型工序采用的是“濕式抄紙技術(shù)”。首先，將碳纖維和樹脂纖維放入溶液中。然后一邊加入起粘合作用的粘合劑等一邊攪拌，使兩種纖維均勻分散在溶液中。最后再對其抄制除去水分，這樣便可形成碳纖維和樹脂纖維均勻纏繞交錯的預(yù)浸材(圖3)。

　　

 

 

　　圖3新型預(yù)浸材構(gòu)造示意圖。在碳纖維與樹脂纖維交錯纏繞狀態(tài)下成型。從該圖來看，兩種纖維好像呈直線，但實際上是在彎曲狀態(tài)下纏繞在一起的。將兩種纖維均勻地分散在溶液中之后，采用除去水分的濕式抄紙技術(shù)，實現(xiàn)了這樣的均勻性。

　　

　　還能成型1mm以下的薄型殼體

　　

　　雖然CFRP已在飛機(jī)等部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)實用化，但還談不上廣泛普及。要實現(xiàn)普及，能否被量產(chǎn)汽車采用將起到關(guān)鍵作用。雖然希望車輛實現(xiàn)輕量化的汽車行業(yè)對CFRP十分關(guān)注，但這種材料存在的課題是成本高?，F(xiàn)行CFRP預(yù)浸材“每公斤高達(dá)5000～6000日元”(阿波制紙)。而汽車行業(yè)則要求每公斤至少降至2000～3000日元以下。供應(yīng)方的成本與需求方的要求存在很大差距，所以供應(yīng)方打算通過降低生產(chǎn)成本來消除這種差距。王子控股和阿波制紙的開發(fā)目的也在于此。

　　

　　新型預(yù)浸材可通過放入模具后進(jìn)行熱壓來成型。樹脂會在模具內(nèi)融化，并在包圍碳纖維的狀態(tài)下硬化。除了CFRP的優(yōu)點——重量輕、強(qiáng)度高之外，還因為采用了短纖維而具備成型自由度高的特點。