從上世紀(jì)末開(kāi)始，碳纖維成為先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用的關(guān)鍵詞之一，隨著國(guó)內(nèi)碳纖維原材料生產(chǎn)技術(shù)逐步?jīng)_破國(guó)際技術(shù)封鎖，先后實(shí)現(xiàn)了T300、T700等型號(hào)的碳纖維原絲批量生產(chǎn)能力，隨之得到快速發(fā)展的是熱固性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，特別是以環(huán)氧樹(shù)脂基為主的碳纖維復(fù)合材料。

　　相對(duì)而言，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用則非常有限。碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)的發(fā)展為什么會(huì)比較遲緩呢？筆者認(rèn)為有以下幾個(gè)方面的原因。

　　首先，需求市場(chǎng)對(duì)熱塑性碳纖維復(fù)合材料的認(rèn)識(shí)不夠全面，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分重視，從而影響到市場(chǎng)需求量的正常增長(zhǎng)。一般認(rèn)為，熱塑性聚合物在使用溫度、力學(xué)性能、耐蠕變和老化性能等方面不及熱固性聚合物。

　　事實(shí)上，熱固性碳纖維復(fù)合材料也并非沒(méi)有缺點(diǎn)，其存在著成型周期長(zhǎng)、沖擊韌性差、預(yù)浸料存放時(shí)間短、不能重復(fù)使用、局部損傷難于修復(fù)等一系列弱點(diǎn)。與熱固性樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料反而具有高韌性、高抗沖擊和損傷容限、無(wú)限預(yù)浸料存儲(chǔ)期、成型周期短、生產(chǎn)效率高、易修復(fù)等顯著優(yōu)勢(shì)。

　　熱塑性碳纖維復(fù)合材料的利用價(jià)值沒(méi)有得到充分認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)，直接影響到了市場(chǎng)需求量的產(chǎn)生，極為有限的需求量都存在于航天航空等高端小范圍之內(nèi)，從供需源頭上阻礙了熱塑性碳纖維復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

　　其次，熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)技術(shù)要求高，在一定程度上限制了一些技術(shù)水平和生產(chǎn)能力不夠的企業(yè)進(jìn)入。大多數(shù)熱塑性樹(shù)脂在熔融溫度下黏度較高，無(wú)法很好地浸漬纖維織物，因此，熱塑性樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料的制備本身就存在很大的難度，不能解決熱塑性樹(shù)脂高黏度下的浸潤(rùn)問(wèn)題，遑論其它。

　　較為常用的熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸工藝是熔融法，其基本工序包括纖維引絲、展絲、預(yù)熱、浸漬、冷卻、收卷等。采用熔融法制備熱塑性碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料時(shí)也必須解決樹(shù)脂黏度大、浸漬時(shí)間短所造成的中空干斑、纖維需要得到良好且無(wú)損分散等問(wèn)題。

　　再者，原材料成本高，導(dǎo)致下游應(yīng)用需求遭到扼制。碳纖維原絲價(jià)格不菲，高端的熱塑性樹(shù)脂價(jià)格也是普通的環(huán)氧樹(shù)脂的數(shù)十倍，再加上制作技術(shù)要求高，種種因素的疊加，導(dǎo)致了熱塑性碳纖維復(fù)合材料，特別是使用PEEK、PI這些高端的熱塑性樹(shù)脂為基體的碳纖維復(fù)合材料制品價(jià)格令人望而生畏。

　　另一方面，國(guó)內(nèi)使用的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要還是依靠進(jìn)口，國(guó)外的高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料供應(yīng)則被TenCate、Cytec、Ticona 等公司所壟斷，這些公司具有供應(yīng)各個(gè)系列的玻璃纖維/碳纖維增強(qiáng)PEI、PPS和PEEK熱塑性預(yù)浸料的能力，被壟斷后的預(yù)浸料價(jià)格自然是居高不下。

　　最后，國(guó)內(nèi)有關(guān)熱塑性碳纖維復(fù)合材料方面的科研成果轉(zhuǎn)化之路并不順利，國(guó)內(nèi)對(duì)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的制備和研究有一定的基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在很大的差距，加上后續(xù)工作的連續(xù)性不強(qiáng)，導(dǎo)致目前我國(guó)仍缺乏材料制備和結(jié)構(gòu)成型相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備。

　　北京航空航天大學(xué)、北京化工大學(xué)、浙江大學(xué)、華東理工大學(xué)、東華大學(xué)、中科院寧波材料所、哈爾濱玻璃鋼研究所、北京航空材料研究所等都或多或少地涉入此方面研究。

　　但是，技術(shù)比較成熟的還是以玻璃纖維增強(qiáng)工程熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸料產(chǎn)品為主，少數(shù)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料產(chǎn)品仍存在纖維含量低、纖維分布不均勻、浸漬質(zhì)量偏低、品種單一等問(wèn)題，從科研成果向規(guī)?；a(chǎn)轉(zhuǎn)化還有相當(dāng)大的距離。例如，北京航空材料研究院早在“九五”末就曾為某型號(hào)飛機(jī)研發(fā)出熱塑性碳纖維垂尾平板艙門，但是并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

　　不過(guò)，隨著航空制造、汽車、電子電器、高端醫(yī)療設(shè)備、智能化機(jī)械等行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的市場(chǎng)需求逐步顯示出巨大的發(fā)展空間，我們也欣喜地看到以蘇州挪恩復(fù)合材料為首的民營(yíng)企業(yè)率先走出了以研發(fā)引導(dǎo)市場(chǎng)的第一步。

　　“我們自主研發(fā)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造設(shè)備可以批量化供應(yīng)碳纖維增強(qiáng)PEEK、PPS等一系列高性能熱塑性碳纖維復(fù)合材料制品，以一款骨外科醫(yī)療用的碳纖維PEEK零部件產(chǎn)品為例，我們能比同類進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格低30%以上”，正如蘇州挪恩的研發(fā)組長(zhǎng)所說(shuō)，當(dāng)技術(shù)質(zhì)量達(dá)到了要求，當(dāng)價(jià)格成本降到了市場(chǎng)能接受的范圍，當(dāng)科研成果很好地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，國(guó)內(nèi)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料發(fā)展將實(shí)現(xiàn)新的飛躍。

　　與熱固性碳纖維復(fù)合材料相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)于以下幾個(gè)方面：

　　一是可回收性，熱塑性碳纖維復(fù)合材料在達(dá)到一定熔點(diǎn)后，可以實(shí)現(xiàn)二次成型，而熱固性碳纖維復(fù)合材料不具備這種特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)回收利用；

　　二是熱固性碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料需要低溫保存，而熱塑性碳纖維復(fù)合材料在儲(chǔ)存期、儲(chǔ)存條件等方面沒(méi)有要求；

　　三是熱塑性碳纖維復(fù)合材料制品在成型過(guò)程中與熱固性碳纖維復(fù)合材料發(fā)生的反應(yīng)不同，在成型周期上時(shí)間更短，生產(chǎn)效率相對(duì)更高。

　　既然熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)如此明顯，那么其是否會(huì)取代熱固性碳纖維復(fù)合材料呢？對(duì)此問(wèn)題，答案是否定的，其認(rèn)為有以下幾個(gè)原因：

　　首先，熱塑性碳纖維復(fù)合材料與熱固性碳纖維復(fù)合材料在應(yīng)用場(chǎng)景上有一定的區(qū)別。熱固性碳纖維從上世紀(jì)80年代至今，已經(jīng)在一些領(lǐng)域取得了比較成熟的應(yīng)用，例如，在體育運(yùn)動(dòng)和休閑領(lǐng)域。而且，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用主要著眼于產(chǎn)品需求，除了高強(qiáng)度、輕量化、耐腐蝕之外，耐磨性、阻燃性、導(dǎo)電性等等也都是必須考慮的重要參數(shù)。

　　樹(shù)脂基體不同，復(fù)合材料的性能表現(xiàn)也各不相同，熱塑性碳纖維復(fù)合材料與熱固性碳纖維復(fù)合材料具有重合的應(yīng)用領(lǐng)域，也有各自相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　其次，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用成本比熱固性碳纖維復(fù)合材料要高。熱塑性樹(shù)脂基體種類很多，一些高端的熱塑性樹(shù)脂的價(jià)格是環(huán)氧樹(shù)脂的數(shù)十倍。除了材料本身價(jià)格比較貴以外，熱塑性碳纖維復(fù)合材料制品的制造成本也更高，因?yàn)闊崴苄詷?shù)脂與連續(xù)性碳纖維的熔融比較難，技術(shù)要求高，工藝更復(fù)雜，所以，目前國(guó)內(nèi)的熱塑性碳纖維還是以粉末或者短切碳纖維增強(qiáng)的方式來(lái)應(yīng)用的。

　　再者，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用市場(chǎng)還處在孵化期，更多的應(yīng)用領(lǐng)域還未顯現(xiàn)。一直以來(lái)，囿于制造技術(shù)和應(yīng)用成本，熱塑性碳纖維復(fù)合材料主要用在航空航天領(lǐng)域，僅有少數(shù)幾種熱塑性碳纖維復(fù)合材料在汽車制造領(lǐng)域有所應(yīng)用。

　　可以說(shuō)，熱塑性碳纖維復(fù)合材料并未得到真正的、深入的、大范圍的應(yīng)用，熱塑性碳纖維復(fù)合材料要想同熱固性碳纖維復(fù)合材料那樣在軌道車輛、工業(yè)制造、智能機(jī)械以及醫(yī)療設(shè)備中取得廣泛的應(yīng)用，還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。