连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的制备工艺
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连续纤维增强热塑性复合材料(简称CFRT)是指以热塑性树脂为基体,连续性纤维为增强材料,经过树脂熔融浸渍、挤压等工形成的轻质、高强度、高刚性、高韧性、可回收的新型热塑性复合材料。

由CFRTP制成的薄膜和片材可以以多变的方式组合,从而为设计师提供了更多设计自由度

连续纤维增强热塑性复合材料性能优异,在交通运输,航空航天和国防,工业和体育用品方面具有广阔的应用前景。根据Lucintel 预计,从2018年到2023年,全球CFT市场预计将以8.0%的复合年增长率增长。

热塑性复合材料制件的生产,一般情况下需要经过两个过程:

(1)片材(预浸渍)的制备;

(2)制件的成型。

预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物,制成树脂基体与增强体的组合物,是制造复合材料的中间材料。预浸料的某些性质直接带入复合材料中,是复合材料的基础。复合材料的性能在很大程度上取决于预浸料的性能。

连续纤维增强热塑性复合材料单向预浸带

与热固性树脂基复合材料相比,连续纤维增强热塑性复合材料的浸渍更复杂,由于热塑性树脂的熔体黏度大,一般都超过100Pa·s,熔体流动困难,使得增强纤维很难获得良好浸渍,因此解决热塑树脂对连续增强纤维的浸渍问题成为制备CFRTP片材的关键技术。

连续纤维增强热塑性复合材料的浸渍方式主要有溶液浸渍法、熔体浸渍法、粉末浸渍法、浆状树脂沉积法、混编法、薄膜叠层法及反应浸渍等。

01 溶液浸渍法

溶液浸渍是将树脂溶于合适的溶剂,使其黏度下降到一定水平,然后采用热固性树脂浸渍时所使用的工艺来浸润纤维,最后通过加热除去溶剂。

溶液浸渍法的优点:

克服了热塑性树脂溶体粘度高的缺点,是纤维得到良好浸渍;

制备工艺简便,设备简单。

溶液浸渍法的不足:

溶剂必须完全去除,不然将会导致制品耐溶剂性下降;

去除溶剂的过程中存在物理分层,沿树脂纤维界面渗透以及溶剂可能聚集在纤维表面的小孔和空隙内,造成树脂与纤维界面不好,耐溶剂性受影响;

溶剂蒸发和回收费用昂贵且污染环境。

尽管如此,目前一些采用其他制备技术不易浸渍的高性能树脂复合材料的制备大多仍采用溶液浸渍法。

02 熔体浸渍法

熔体浸渍是将热塑性树脂加热熔融后来浸渍纤维的一种制备技术。可以通过两种方法实现:

一种是熔体挤出浸渍,即利用挤压器将熔体喂入到纤维经过的模具中。影响熔体挤出浸渍工艺的因素主要是熔体聚合物穿透纤维层的速度,这取决于增强材料的结构。

另一种是熔体拉挤浸渍,采用一种特殊结构的拉挤模头,让均匀分散、预加张力的连续纤维束通过一连串轮系间流动着熔融态的基体树脂的滚轮系统,反复多次承受交替的变化使纤维和熔体强制性的浸渍,达到理想的浸渍效果。但是这种方法只能用于生产长纤维增强颗粒(长度一般为6~10mm)而非片材。

以上两种方法,施加在纤维上的压力很大,会导致纤维损伤。而熔体浸渍法的主要优点是不需要任何溶剂。

03 粉末浸渍法

粉末浸渍法是在硫化床中,通过静电作用将树脂细粉吸附在纤维单丝的表面,然后加热使粉末熔结,最后在成型过程中使纤维得以浸润。由于在干态下进行浸渍,因此加工过程不受基体黏性的限制,高相对分子质量的聚合体可分布到纤维中。

能够吸附在纤维上的聚合物颗粒直径在5~25μm范围内,树脂粉末直径以5~10μm为宜。

粉末浸渍法的优点:

纤维损伤少,聚合物无降解;

加工速度快,成本低。

粉末浸渍法的不足:

浸润尽在成型加工过程中才能完成,粉末易散失;

浸润所需的时间、温度、压力依赖于粉末粒径的大小及分布。

04 浆状树脂沉积法

浆状树脂沉积法是法国造纸公司Arjomari和英国Wiggins Teape公司开发的,其工艺与造纸工艺相似。Arjomari公司将短切长度在6—25mm的玻璃纤维、树脂粉末和乳化剂一起分散在水中,成为水悬浮液,然后加入絮凝剂,使其凝聚在液压成型机的滤网上,使凝聚物与水分离,热压成毡状凝聚物,熔化成片。

浆状树脂沉积法的优点,纤维分散性好、破损小,受热少,生产效率高;缺点是技术难度大、设备成本高。

05 混编法

混编法是将纺成纤维或薄膜带的热塑性树脂与增强纤维按一定比例紧密地合并制成混合砂,再通过一个高温密封浸渍区,将树脂纤维熔成基体。

用一般的织造工艺就可以很容易地将混合纤维制成织物,混合约均匀,固化时所需的压力越小,混合的理想状态是每一根增强纤维都与基体纤维相邻,但是由于增强纤维与基体纤维的物理性能差异较大,实际上这是很难以实现的。

混编法具有良好的加工性能,树脂含量易于控制,纤维能得到充分的浸润,混合纱可以织成各种复杂形状,包括三维结构,也可以直接缠绕,制得性能优良的复合材料。

但是该技术不适用于玻纤材料的复合以及日用品或低温热塑性工程材料的成型。

06 薄膜叠层法

薄膜层叠法是纤维增强材料层和热塑性材料片叠加,加热加压使聚合物流入增强材料之间,然后固化。

薄膜层叠法施加的压力要足够大,使熔体既能进入纤维层之间,又不至于在增强层之间出现流动,典型压力值小于2MPa。冷却之后的复合物应该没有孔洞,真空辅助施压可以保证片材无孔。这种方法广泛应用于成型表面形状复杂的片材。

薄膜层叠法的优点:

可以制得高质量的层压制品,但由于溶体高粘性,需要较高压力。

来源:艾邦高分子

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张维迎与林毅夫经济学界最激烈争论,关乎产业未来的发展!您支持谁?(二)

据金融视野报道:
· 优质财经领域创作者

林毅夫:经济发展有产业政策才能成功

01

许多国家的产业政策失败,但是尚未见不用产业政策而成功追赶发达国家的发展中国家和保持持续发展的发达国家。对发达国家和发展中国家的经济发展,产业政策之所以需要是因为推动经济发展的技术创新和产业升级既要有企业家的个人努力,也需要有政府帮助企业家解决企业家自身所难于克服的外部性和相应软硬基础设施完善的协调问题。

由于不管发达国家和发展中国家的政府所能使用的资源都是有限的,不能什么可能的技术创新和什么可能的产业升级都提供帮助,因此只能策略性地使用其有限资源,优先帮助能对经济持续发展做出最大贡献的产业。这种有选择性地使用资源帮助某些产业的企业家克服外部性和协调问题的措施,就是产业政策。

由于没有产业政策的国家经济发展必然不成功,而许多产业政策不成功,因此,作为经济学家的责任不是因为怕产业政策失败而凡产业政策都一概反对,或是因为产业政策是经济发展的必要条件就无条件地支持一切产业政策,而是要研究清楚产业政策成功和失败的道理,以帮助政府在使用产业政策时,减少失败,提高成功的概率。

02

一个国家经济发展的本质是人均收入的不断增加,其前提则是越来越高的劳动生产率水平。劳动生产率水平的提高有两个途径:一是通过技术创新,提高现有产业中产品的质量和生产效率;二是通过产业升级,将现有劳动力、土地、资本等生产要素配置到附加价值更高的产业。根据新结构经济学的分析,这两者的实现需要有“有效的市场”和“有为的政府”的共同作用。

“有效的市场”的重要性在于,引导企业家按照要素禀赋的比较优势来选择技术和产业,生产出来的产品在国内国际市场的同类产品中,成本才会最低,才会最有竞争力,企业才能获得最大的利润,整个经济才可以创造最大的剩余和资本积累,使得比较优势从劳动或自然资源密集逐渐向资本密集提升,为现有产业、技术升级到资本更为密集、附加价值更高的新产业、新技术提供物质基础。

在经济发展过程中,“有为的政府”也必不可缺。

首先,这是因为经济发展是一个资源必须随着要素积累、比较优势变化,不断从现有技术和产业配置到新的效率更高的技术和附加价值更高的产业的结构变迁过程。在技术创新和产业升级过程中,必须要有“第一个吃螃蟹的企业家”,如果没有其他必要的安排,第一个吃螃蟹的企业家倘若失败,将承担所有成本,并让后来者知道螃蟹不可吃,不去犯同样的错误;倘若成功了,后来者将会随之涌进,第一个吃螃蟹的企业家不会有垄断利润。

也就是如果没有其他必要的安排,对于第一个吃螃蟹的企业家而言,失败的成本和成功的收益是不对称的;而从社会的角度看,不管失败或成功都给后来者提供有用的信息。因此,政府需要给第一个吃螃蟹的企业家一定的激励,企业家才会有积极性去冒这个风险。

发达国家的专利制度发挥的就是这种功能。发展中国家的技术创新和产业升级,一般是在国际的技术和产业链内部来进行,多数情况下不能给予专利,但是,仍然需要给第一个吃螃蟹的企业家以必要的激励。当然,这种激励需要找到其他合适的替代方式。

其次,第一个吃螃蟹的企业家成功与否,并不完全决定于企业家个人的勇气、智慧和企业家才能。例如,要进入一个新的产业,所要求的从业人员的技能,和以往的产业不尽相同,第一个吃螃蟹的企业家如果完全靠自己培训员工,后来的企业可以以稍高的工资聘走拥有新技术的员工,而使第一个吃螃蟹的企业家蒙受损失。

新产业所需的资本规模和风险也通常会比原有的产业大,需要有新的能够动员更多资本、有效分散风险的金融制度安排和其匹配,这也不是第一个吃螃蟹的企业家自己可以解决的问题。

随着技术创新、产业升级,资本密集度和规模经济的提高,市场的范围和交易的价值会不断扩大,交通、电力、港口等硬的基础设施和法律、法规等软的制度环境,也必须随之不断完善,这些完善显然超出第一个吃螃蟹的企业家的能力之所及。

随着一个国家的发展,技术和产业会越来越接近国际的前沿,新的技术创新和产业的升级需要与这些新技术和新产业相关的基础科学的突破,基础科学的研发属于公共产品范畴,其发现不能申请专利,企业家不会有积极性持续地从事这方面研究。

凡此种种困难,均需要一个“有为的政府”来协调不同的企业,加以克服,或是由政府自己直接提供相应的服务。只有这样,技术创新和产业升级才能顺利进行。

03

在经济发展过程中,发展中国家的政府可动员和配置的资源有限,不可能满足各种可能的技术创新和产业升级所需的外部性补偿,和完善所有相应条件的要求。

因此,和企业一样,发展中国家的政府也必须对可能的技术创新和产业升级的经济和社会回报做出甄别,按“伤其十指不如断其一指”的精神,以“产业政策”集中有限资源,协助企业家从事那些回报最高的技术创新和产业升级,只有这样才能促进经济最好最快地发展,避免陷入“低收入陷阱”或“中等收入陷阱”。

同样,发达国家的政府也必须对其企业家所要从事的新一轮的技术创新和新产业发展所需要的基础科研给予支持,由于发达国家可以用来支持基础科研的经费并非无限,因此,也和发展中国家一样必须根据可能的回报来配置有限的科研资源,这种配置也就是一种产业政策。

许多发展中国家的政府采用产业政策时经常失败,除了执行能力的问题之外,究其原因是发展中国家的政府容易出于赶超的目的,而去支持违反比较优势的产业,结果这些产业中的企业在开放竞争的市场中缺乏自生能力,只能靠政府永无止境的保护补贴来生存。

成功的产业政策必须是针对有潜在比较优势的产业,所谓有潜在的比较优势产业指的是该产业的要素生产成本在开放竞争的市场中有优势,但是由于软硬基础设施不完善,交易费用太高,使得总成本在开放竞争的市场中没有竞争力的产业。

政府若能针对这些产业中的先行企业给予外部性补偿并帮助提供软硬基础设施的完善,则这样的产业政策能够使具有潜在比较优势的产业迅速变成具有竞争优势的产业。

老金:显然林的观点更胜一筹!尤其在追赶超的国家,非有政策支持不可!但产业政策许多失败案例也是不言而喻的。所以,产业政策不是研究要不要的问题,而是要研究用对用好用准的问题!所以精准科学选择行业、地点、时间、规模才是关键!但即便如此,必然还会有因创新之类造成的失败,但不能因噎废食!而张的观点指出的问题,都是客观的,是在推行产业政策时,要加以重视,努力予以克服的!!

网友热议争论激烈:从国家发展战略层面讲必须要有产业政策!想当年国家如果没有重点发展航空航天和尖端国防工业的话,中国能有今天的国际地位和成就吗?!当然,产业政策的确应符合鼓励、支持企业或企业家创新、试错的原则。两个专家的辨论都很好!

总体上主持张的观点,对于需要充分竞争和鼓励创新的行业就应该完全相信市场,不要阻挠也不需要所谓的政府扶持,而对于关系到国家经济命脉的行业则由央企主导。

张教授落伍了!
市场不是万能的,尤其对于成熟的欧美市场来说,此次新冠疫情让全世界都感到了产业政策的重要!张教授脱离实际,只学了西方的皮毛,美国那次股市大跌,还不都是救市?

林毅夫,是中国的脊梁,中国的经济发展,林毅夫做出了巨大贡献,

中国一直用的林毅夫的观点,实践效果确实优于西方!


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