近年来，以热塑性树脂为基体的纤维增强热塑性复合材料发展迅猛，在世界范围内正掀起一股研究开发此类高性能复合材料的高潮。热塑性复合材料是指以热塑性聚合物（如聚乙（PE）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚酮酮（PEKK）和聚醚醚酮（PEEK）等为基体，以各种连续/不连续纤维（如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等）为增强材料而制成的复合材料。

热塑性复合材料从上世纪70年代初被开发以来，一直都受到各国重视，相关的研究及应用层出不穷。航天航空、汽车、化工、电子电器等领域均是热塑性复合材料应用和发展速度较快的领域。特别是近10年来，每年的消费量均超25%的速度增长，发展速度比热固性复合材料高数倍。

热塑性脂基复合材料主要有长纤维增强粒料（LFT）连续纤维增强预浸带MT和玻璃纤维增强型热塑性复合材料（CMT）。根据使用要求不同，树脂基体有PPE.PAPRT，PELPCPES，PEEKPI、PA等热塑性工程塑料，维种类包括玻璃干维西芳纤和硼维等一切可能的纤维品种。随着热塑树脂基复合材科技术的断熟以及可回收用的发展，该品种的复会材料发展较快欧美发达国家热上合料已占到树基复合材料总量的30%以上。

热塑性基体

热塑性基体是一种热塑性材料，它具有良好的机械性能和耐热性，可以用于制造各种工业用品。热塑性基体的特点是具有高强度、高耐热性和良好的耐腐蚀性能。

目前应用到航空领域的热塑性树脂主要是耐高温、高性能的树脂基体，包括PEEK、PPS 和 PEI。其中，无定形的PEI 由于具有更低的加工温度及加工成本，比半结晶的 PPS 及高成型温度的PEEK在飞机结构上的应用更多。

热塑性树脂具有更好的力学性能和化学耐腐蚀性、更高的使用温度、高比强度和硬度、优异的断裂韧性和损伤容限、优良的耐疲劳性能、能够模塑成型复杂几何形状和结构、可调的导热性、可回收性、在恶劣环境的稳定性好、可重复成型、可焊接和修补等特点。

由热塑性树脂与增强材料组成的复合材料具有耐久性、高韧性、高抗冲击和损伤容限；纤维预浸料不必再低温存放，无限预浸料存储期；成型周期短、可焊接、生产效率高、易修复；废品可回收再利用；产品设计自由度大，可制成复杂形状、成型适应性广等众多优点。

增强材料

热塑性复合材料性能不仅取决于树脂、增强纤维的性能，还与纤维的增强方式密切相关，热塑性复合材料的纤维增强方式有短纤维增强、长纤维增强和连续纤维增强3种基本形式。

一般来说，短纤维增强纤维的长度为 0.2~0.6mm，由于大多数纤维的直径小于70μm，所以短纤维看起来更像是粉末。短纤维增强热塑性塑料一般将纤维混合到熔融热塑性塑料中制造。基质中的纤维长度和随机取向使得实现良好的润湿相对容易，与长纤维和连续纤维增强材料相比，短纤维复合材料最容易制造，但机械性能改善最小。短纤维复合材料倾向于通过模塑或挤出方法形成最终部件，因为短纤维对流动性影响较小。

长纤维增强复合材料的纤维长度一般约20mm，通常采用连续纤维浸润树脂后切割成一定的长度后制备。一般使用的工艺是拉挤成型工艺，即通过特殊的成型模具拉伸纤维和热塑性树脂混合的连续粗纱产生。目前，长纤维增强 PEEK 热塑性复合材料通过 FDM 打印成型的结构性能可达到 200MPa 以上 , 模量能够达到20GPa以上，通过注塑成型性能会更好。

连续纤维增强复合材料中的纤维是“连续的”，长度从几米到几千米不等，连续纤维复合材料一般主要提供层压板、预浸带或编织物等，通过用所需的热塑性基体浸渍连续纤维形成。

用纤维增强过的复合材料有什么特点

纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料(GFRP)，碳纤维增强复合材料(CFRP)以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。

由于纤维增强复合材料具有如下特点:(1)比强度高,比模量大;(2)材料性能具有可设计性:(3)抗腐蚀性和耐久性能好;(4)热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得FRP材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要,同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求,因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。

热塑性碳纤维复合材料的种类

热塑性碳纤维复合材料有望在未来取代热固性碳纤维复合材料，因为它们具有更好的综合性能并且有利于回收利用。不过现阶段由于技术因素还不能量产，但这并不妨碍我们了解热塑性碳纤维复合材料，所以我们可以从它的分类入手，按树脂类型我们有：

(1)PEEK：聚醚醚酮刚性高，尺寸稳定性好，线膨胀系数小，能承受很大的应力，不会随时间显着膨胀，而且其密度小，加工性能好，适用于对细度要求高的场合的部分。聚醚醚酮本身是耐热性较好的热塑性树脂之一，其长期工作温度甚至可以达到250摄氏度，在这样的高温环境下其力学性能基本不受影响。此外，聚醚醚酮具有良好的生物相容性，未来可用于骨科医学领域。

(2)PPS：聚苯硫醚具有良好的机械性能，同时还具有良好的耐腐蚀性和自阻燃性，因此常用作各种高性能复合材料的基体材料。碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的力学性能也受碳纤维含量的影响。在一定阈值下，碳纤维含量越大，承受外部载荷的能力越强。

(3) TPI：热塑性聚酰亚胺不仅保留了传统热固性聚酰亚胺的高强度、耐高温、耐化学腐蚀、良好的介电性能和耐辐射等特性，而且在韧性和热加工成型方面具有更加突出的优势，并且除热成型外，还可挤出或注塑成型。从热塑性碳纤维复合材料的现有技术来看，其综合性能确实超过热固性碳纤维复合物，但它有一个很大的问题需要克服，即如何容易地制备更稳定的热塑性炭纤维复合材料。由于热塑性树脂的熔点较高，因此更难与连续的碳纤维丝束融合，因此研究人员需要更多的时间和精力来找到相应的解决方案。

热塑性复合材料发展“钱”景巨大

根据报告显示，预计全球热塑性复合材料市场规模将达到626.2亿美元到2030年，预测期内的复合年增长率为7.8%。这一增长可归因于航空航天和汽车行业不断增长的产品需求以及建筑行业的指数级增长。热塑性复合材料用于住宅建筑、基础设施和供水设施的建设。性能像优异的强度，韧性，以及可回收和重塑的能力，使热塑性复合材料成为建筑应用制造的理想选择。

热塑性复合材料也将用于生产储罐、轻质结构、窗框、电线杆、栏杆、管道、面板和门。汽车行业是关键应用领域之一。制造商正专注于提高燃油效率，为此，他们正在用轻质热塑性复合材料取代金属和钢材。例如，碳纤维的重量是钢的五分之一，因此，它有助于减轻车辆的整体重量。据欧盟委员会称，到2024年，汽车的碳排放上限目标将从每公里130克提高到每公里95克，预计这将增加汽车制造业对热塑性复合材料的需求。

热塑性复合材料的前景巨大，国内厂家也正在大力投资于研发，希望在今后大家的共同努力下，国内复合材料技术可以位列国际领先地位。

文章来源： 灵犀研究院,广东正浩PEEK厂家叶子,复材云集