【专题综述】预浸料制备方法与市场发展

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1、热固性预浸料制备方法

（1）湿法——湿法也称溶液法

其工艺过程如图1所示，将树脂基体溶于一种沸点较低的溶剂中，从而形成一种特定浓度的溶液，随后再将纤维束或者织物按一定的浸渍速度对树脂溶液进行浸渍，并用计量辊筒来控制树脂的含量，随后通过烘箱来干燥预浸料并挥发沸点低的溶剂，最后把浸渍料进行收卷。湿法的特点是设备简单、操作方便、通用性大。而该方法的缺点是难以对增强纤维与树脂基体比例进行精确的控制，因而不易实现预浸料中树脂基体的均匀分布。此外，溶剂的挥发量难以控制并且挥发还会造成环境污染，所以湿法工艺在国外已逐步被淘汰。

（2）干法——干法也称热熔法

首先是将树脂在高温下熔融，然后通过不同的方式浸渍增强纤维制成预浸料。按树脂熔融后的加工状态，可以将干法分为一步法和两步法。其中一步法是直接将纤维通过含有熔融树脂的胶槽浸胶，然后烘干收卷。两步法是先在制膜机上将熔融后的树脂均匀涂覆在浸胶纸上制成薄膜，然后与纤维或织物叠合经高温处理。

干法的优点是预浸料的树脂含量可以精确控制，因此制品不仅表面外观好而且制成的复合材料空隙率低，避免了因空隙带来应力集中。它的缺点是设备比较复杂，制作工艺繁琐，对树脂的熔点有要求。对于厚度较大的预浸料，树脂容易浸透不均匀。

比较通过溶液法和热熔两步法工艺所制备的玻璃纤维预浸料，发现制品的工艺性能相似，外观和复合材料力学性能方面，热熔法优于溶液法。

2、热塑性预浸料制备方法

（1）熔融浸渍法

如图2所示，将增强纤维连续与（熔融的）热塑性树脂连续通过预浸渍装置，装置中有挤出机，可以对连续提供树脂并对其加热。树脂的含量由计量辊筒进行控制。树脂与纤维接触直接浸渍，充分浸透纤维从而得到复合材料预浸料。该方法的优点是树脂的含量控制容易，预浸料挥发分含量低（无溶剂），减少了环境污染同时减少了材料（特别是增强材料）的损失。它的缺点也很明显，第一是对树脂的黏度有较高要求且树脂在加工过程中流动性要好。第二是树脂长期在高温的熔融的状态下，因此树脂发生降解的可能性大大提高，从而对所制备的复合材料的性能产生影响。

（2）粉末浸渍法

粉末浸渍法是将带静电的树脂粉末沉积到已被吹散的纤维上，再经过高温处理使树脂熔融嵌入到纤维中。粉末法的最大特点是能快速连续生产热塑性预浸料，纤维损伤少，工艺过程历时少，聚合物不易分解，具有成本低的优势。这种方法的不足之处在于树脂粉末直径必须在5～10 μm，而直径在10 μm以下的树脂颗粒的制备难度大，且与浸润所需的时间、温度、压力有关。

（3）溶液浸渍

溶液浸渍法就是将基体树脂用一定的溶剂完全溶解形成溶液，再将纤维丝束通过装有基体树脂溶液的浸浆槽，使得纤维上沾有树脂，然后等待树脂与纤维充分的浸渍后将溶剂除去、烘干，最后得到预浸料。该法的优点是树脂基体容易浸透增强材料，可制造厚型预浸料且设备造价较低。它的缺点是对树脂的沸点有要求，对与PEEK、PPS（结晶型）树脂，没有合适的低沸点溶剂可溶因此不便用溶液法进行预浸。溶剂的使用也会产生很大的环境污染问题。

(4）纤维混杂法

纤维混杂法是先将热塑性树脂纺成纤维或纤维膜带，再根据含胶量的多少将增强纤维与树脂纤维按一定比例紧密地并合成混合纱，然后将混合纱织制成一定的产品形状，最后通过高温作用使树脂熔融，嵌入纤维中。纤维混杂法的优点是树脂含量易于控制，树脂浸润过程与预浸料固化过程同时进行，纤维能得到充分浸润，可以直接缠绕成型得到复杂外形的制件。缺点是在树脂浸润过程中，树脂难以实现均匀浸润，同时织造过程中易造成纤维损伤。

（5）薄膜层叠

薄膜层叠方法就是将增强体纤维放在聚合物薄膜之间，加热熔融后的树脂浸渍纤维，得到复合材料的预浸料。该工艺的优点是操作简单。缺点是热塑性树脂尤其是高性能热塑性树脂在熔融状态下黏度很大，不利于纤维的浸渍，因此该方法制备得到的复合材料性能不高。

二、预浸料市场分析 1、产业链

预浸料是一种在精确控制环境下制备的复合材料中间产品，它通过将树脂基质浸渍到连续纤维或织物中，形成一个可存储的增强体和树脂基体组合。这种材料的质量在很大程度上决定了最终复合材料的性能。在使用过程中，预浸料经加热聚合后固化，使得热固性树脂充分交联，形成一个既轻便又具有高强度、耐腐蚀和耐高温特性的复合材料。目前，这种由预浸料制成的复合材料已被广泛应用于众多领域，包括航空航天、风能发电、高速铁路、汽车制造、渔业工具和赛艇制造等。

2、市场现状

预浸料作为一种多功能复合材料，在众多领域中发挥着重要作用，其中航空航天领域尤为突出。这一领域的应用范围包括民用飞机、喷气战斗机、直升机、航空发动机以及卫星和火箭等。国际上，尤其是在北美和欧洲，航空航天领域的复合材料工艺技术已达到成熟阶段，广泛应用于飞机和发动机的制造中。就市场分布而言，北美地区是航空复合材料的主要市场，约占全球市场的58%，其次是欧洲，市场份额大约为38%。在全球碳纤维预浸料市场上，赫氏公司和索尔维公司是主导者，两者在市场上的份额均约为40%，几乎占据了整个市场的主导地位。这两家公司的市场优势彰显了它们在全球预浸料市场中的领导地位。这一市场格局反映了预浸料在高端应用领域的重要性，尤其是在对材料性能要求极高的航空航天行业。

3、发展趋势

开发新型热熔预浸料体系。预浸料的制备方法主要有两种，即溶液浸渍法和热熔胶膜法，目前以溶液浸渍法为主。溶液浸渍法是将纤维或织物经过树脂溶液浸渍后，将树脂中的溶剂挥发掉，并使预浸料达到B阶段的工艺；该法生产设备投入少，缺点是预浸料树脂含量难以精确控制，大量溶剂挥发，形成环境污染。热熔胶膜法是首先将熔融的树脂制成均匀平整的胶膜，而后将胶膜与纤维或织物在一定温度和压力下进行复合浸渍，得到合格预浸料；此工艺优点是树脂含量控制精确、挥发份少，无环境污染。为此，开发新型热熔预浸料体系变得越来越迫切。室温长储存期。为了降低先进复合材料的制造成本，除采用各式各样的新技术外，一个重要方面是大力发展低温低压固化的树脂体系。如果在不提高固化温度的情况下延长树脂及其预浸料室温下的使用期，不但不用建立大型的冷藏设备，而且也不用对现有的制件成型设备进行改造。这将大幅降低先进复合材料在制造和使用中的储存及工艺成本。

高性能化。“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、高突防、低成本”是新一代飞行器的发展目标，对预浸料的轻质高强、耐高温、抗烧蚀性、高力学强度、高介电性能、可设计性等提出了越来越高的要求。同时，电子产品向着高速化、高频化方向不断发展，同时对可靠性的要求也越来越高，对于覆铜板用预浸料，具有高耐热性、优异的介电性能已显得越来越重要。