【成果介绍】宁波材料所高性能碳纤维及其复合材料团队科研成果手册——高温热塑上浆剂

中国科学院宁波材料所高性能碳纤维及其复合材料团队（原中国科学院宁波材料所特种纤维事业部，以下简称“宁波材料所碳纤维团队”）成立于2008年，专注于高性能碳纤维国产化技术研发，经过十余年发展，团队依托发改委国家工程实验室、发改委碳纤维检测表征平台、浙江省工程实验室等平台形成了具有完全自主知识产权的三大领域技术体系:

       高性能碳纤维制备技术：团队拥有发改委碳纤维制备技术国家工程实验室、高性能碳纤维产业化技术浙江省工程实验室（研究中心）等平台，已先后突破国产T800级、T1000级高强中模碳纤维关键制备技术，国产M40J、M50J、M55J、M60J、M65J级高强高模碳纤维关键制备技术，以及国产M30X、M40X、M50X、M55X型新一代高强高模高延伸碳纤维关键技术。

       高性能纤维检测表征技术：团队拥有国家发改委碳纤维检测表征平台、中国化学纤维工业协会“高性能纤维制备及表征检测（宁波）平台”等，建立健全了高性能碳纤维检测专业化检测体系，开发了涵盖碳化硅纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等多种纤维检测方法，为国内数十家企事业单位和科研院校提供检测表征服务。

　　纤维预浸工艺与加工技术：团队拥有专业性的高性能纤维预浸工艺加工与生产平台，可开展各种型号碳纤维预浸工艺评价及生产服务，基于不同领域对高端超薄预浸料的需求，2024年1月该平台成功开发出两款CNI QM40（M40J级）以及CNI QM55（M55J级）高模碳纤维超薄预浸料，形成批量化生产能力，此外，还可以提供各类复合材料的结构设计、分析与加工等服务。

　　除了上述技术以外，宁波材料所碳纤维团队为了满足用户需求还开发了低成本腈纶基碳纤维、镀金属碳纤维、耐高温热塑性上浆剂、原丝油剂等一系列技术产品，以下是关于镀金属碳纤维技术的介绍。

　　近年来，碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)因具有高韧性、高抗冲击、高损伤、低容限和可熔融回收再利用等诸多优异的性能而备受关注，并在航空航天、医疗、体育和军事工业等领域的需求越来越广。

　　但目前碳纤维表面上浆剂绝大多数以热固性环氧类为主，导致碳纤维与热塑性树脂复合时存在界面不匹配、耐热性差等问题，特别值得注意的是，高性能热塑性聚芳醚酮PAEK系列树脂通常成型温度很高，传统热固上浆剂在加工过程中会发生降解，不利于界面结合。

图：纤维与树脂之间的弱结合导致的界面脱黏

　　与此同时，针对碳纤维复合材料在高温领域的应用逐渐广泛化，因此开发出耐高温、热塑性上浆剂成为近年来研发热点。

　　二、技术特点

　　基于上述背景，宁波材料所碳纤维团队开发出了一种水溶性、耐高温、热塑性上浆剂，并且依靠团队中试规模碳纤维制备平台，对上浆前后碳纤维的性能及工艺性进行了在线评价，结果显示：该上浆剂耐高温性能和工艺性优异，并可显著提升碳纤维与热塑性树脂界面结合强度。

　　该上浆剂耐热性极好，在440℃高温下质量损失仅为5％，而且作为一种水溶性上浆剂，避免使用大量有机溶剂，对碳纤维进行上浆后，可显著提高碳纤维与聚芳醚酮系列树脂的界面结合性能。

　　本技术产品相比于传统产品具有以下优点：

　　1）优异的高温稳定性：既可以满足热塑性复合材料的加工要求，又可以显著提高上浆后碳纤维与热塑性树脂基体之间的界面结合强度。

　　2）环境友好：该上浆剂为水溶型产品，体系内有机溶剂含量极少，环境友好且对人体健康损害较小，并具有较高的长期使用稳定性。

　　3）成本可控：热塑性上浆剂原料来源简单、制备流程短、可操作性强，具有较好的大规模应用前景。

　　截止目前，该款产品已收获多批次订单，并提供给国内多家碳纤维用户单位使用。

　　三、核心专利与合作方式

　　发明专利 CN 114960206 A：一种碳纤维用耐高温水溶性的热塑性上浆剂及其制备方法和应用（已授权，授权日2024年4月5日）专利发明人：钱鑫、王清清、王飘飘、王雪飞、金璐、张永刚本发明公开了一种碳纤维用耐高温水溶性的热塑性上浆剂及其制备方法和应用，该上浆剂耐热性极好，在440℃高温下质量损失仅为5％，制备过程中显著降低有机溶剂的使用量，且为水溶性上浆剂并兼具长期稳定性，在对碳纤维进行上浆后，可显著提高碳纤维与聚芳醚酮系列树脂的界面结合性能。

　　合作方式：

　　技术开发、批量供货、技术转让

　　联系方式：

　　金老师：jinlu@nimte.ac.cn