日本旭化成公司一直致力于开发热塑性树脂基复合材料,从而实现金属结构件的替代化解决方案。目前,旭化成公司已经成功开发出一种单向连续纤维增强热塑性胶带(Uni- Directional Tape,UD Tape),它是由单向编织碳纤维增强聚酰胺树脂形成的一种胶带状材料。这种碳纤维热塑性单向带具有优异的比强度、比刚度等机械特性(如下图所示),使其非常适合在各种产品中用作金属零部件的替代品,包括汽车部件、电气电子部件、飞机部件、体育用品以及建筑材料等,可减轻产品重量,并减少产品使用和运输过程中的温室气体排放。
旭化成碳纤维热塑性 UD 胶带:与金属相比的典型材料特性此外,碳纤维热塑性单向胶带可以与其他热塑性树脂材料焊接,并且通过与形状自由度优异的注塑成型工艺相结合,可以生产具有足够强度和刚度的多材料组件结构,作为复杂金属组件的轻型替代品,特别是在传统注塑成型无法生产具有足够强度和刚度的部件的情况下。典型应用案例1:将碳纤维热塑单向带缠绕到管道中。采用缠绕加工技术,将各种UD带在加热的同时连续缠绕在芯轴上,可以制造高强度管部件和增强环形成型体。典型应用案例2:通过嵌件成型进行结构增强的注塑成型结构件。所谓的嵌件成型是指将一种由碳纤维热塑性UD胶带通过压制成型或自动铺带制成的成型体放置在模具内,然后注射成型,形成具有增强结构的一体化结构。通过对使用上述缠绕方法制造的碳纤维热塑性UD环进行嵌件成型,并在90℃和50%相对湿度的条件下对拉伸性能进行了测试,结果表明:厚度仅为0.4mm厚的碳纤维热塑性UD带加固后,拉伸强度大约增加了一倍。
在 90°C 和 50% 相对湿度下的拉伸强度测试典型应用案例3:使用碳纤维热塑性单向胶带成型形状复杂的结构。碳纤维热塑性UD带经分条切割成矩形短切材料,可加热加压成型,制成厚壁部件和带肋部件。典型的热压成型条件包括:熔融温度:260~280℃、提取温度:80~100℃、加压压力:3~5MPa、加压熔融时间:5~10分钟。