【专题综述】2022-2023国外环氧树脂复合材料工业及技术进展

一、预浸料

美国索尔维公司推出了低温复合模具预浸料LTM350，这是一种新一代碳纤维环氧树脂预浸料模具材料，设计旨在为工业、航空航天、汽车和 车市场节省大量时间和成本。该公司称这种碳纤维环氧模具材料可提供快速的低温固化周期（60 ℃下 3h），也可在低至 45 ℃的温度并延长后固化时间下固化。由 LTM350 制成的模具还可以在高达 150 ℃温度下连续循环，以生产高精度的复合材料部件。索尔维表示， LTM350 是一种低温预浸料，具有用户友好的粘接性、覆盖性和操作性，旨在实现尽可能短的铺层时间同时提供高质量的表面光洁度，为经济高效的复合材料模具树立了新的标准。该模具预浸料支持复杂的小型模具或和大型复合材料模具的构建。它针对高压 应用，但也可用于高压之外的设备。LTM350 可提供表面和体层的优化格式，采用用 1-5-1 铺层（表面与体层的比例），与更传统的 1-8-1 格式相比，节省了时间和成本。Hexcel 公司推出了一系列由天然纤维增强的部分生物基环氧树脂组成的预浸料，用于汽车、 体育运动、海洋和风能应用。Hex Ply Nature 系列包括Hex Ply M49， M78.1 -LT 和 M79 等经过验证的树脂，但具有生物衍生环氧树脂成分。据该公司介绍，新产品的优异树脂特性保持不变，具有较高的力学性能和一致的加工性能。此外，Hex Ply Nature系列还提供具有天然纤维增强材料的预浸料选项，可无缝集成到现有的生产工艺中。

二、汽车

于2019 年成立由 Lorenz Kunststofftechnik Gmb H等公司组成的机构开发了一种使用铝层板和玻璃纤维增强可回收环氧SMC复合材料外壳的抗冲 击 且 重 量 轻 的 电 池 组 。包 括 Lorenz Kuns -tstofftechnik Gmb H 在内的来自汽车和机械工程行业以及化学和塑料行业的公司组成的联盟优化了高压电池组的性能和耐受性，新型电池组采用节省空间的铝层板，可防止在地面撞击时损坏，并提高集成能力。玻璃纤维增强环氧树脂 SMC 外壳提供了高耐火性和最佳的碰撞性能。Lorenz Kunststofftechnik的玻璃纤维增强环氧树脂 SMC 盖不仅因其重量轻脱颖而出，同时还在防火和碰撞性能方面提供了非常高的安全潜力。它经受住了所有与火灾相关的测试设置，包括在德国南部的测试设施进行的热失控测试。此外，对玻璃纤维复合材料的 EMI 屏蔽性能进行了广泛的研究。Lorenz 可回收环氧 SMC 电池盖，然后在新的复合材料部件中重复使用。索尔维宣布为其广泛的汽车行业复合材料产品组合增添一款重要产品：Solvalite714 预浸料片，采用 Solvalite714 环氧树脂浸渍的新一代单向纤维和织物产品。这些创新的预浸料具有快速固化周期和超长的使用寿命，并经过优化，适用于汽车零部件的制造，如车身覆盖件，在批量生产中，压缩成型周期时间短。Solvalite714 预浸料目前在欧洲生产，并已在全球范围内商用。

索尔维公司开发了创新的高速固化环氧预浸料体系“Solva Lite716FR”，可用于 BEV（电池电动汽车）的结构部件和加固，在 2023 年开始销售。该新产品由长纤维 CF（碳纤维）和环氧树脂构成复合材料，与现有的解决方案相比，除了具备电池外壳（ 体）所需的可靠性高的 EMI（电磁故障）屏蔽性能、高生产效率、发生热失控时能够确保员充分避难时间的阻燃性等之外，它还具有大幅减轻重量的潜力。新产品主要针对高端型号 BEV 和超高端BEV 的阻燃性电池外壳。绝干（绝对干燥状态）的玻璃化转变温度为 145 ℃，板厚 2 mm，在 UL2596 燃烧性试验中确认该产品比铝和不连续纤维复合材料具有更好的保护性能。该体系设计为快速固化，在150 ℃下压力固化时间为 8 min。斯曼公司在德国杜尔多夫举办的电池展上推出了新型聚氨酯、碳纳米管和环氧树脂等电动汽车电池材料，旨在提高电动汽车电池的集成度、防护性和性能。这些产品包括可定制的、快速固化的、高强度 PU 和环氧树脂，该公司称，这些产品使电池保护组件的生产速度比现有技术快 30%。这些材料还减轻了电池组件的重量，增加了强度，改善了结构性能。

在 2022 年 JEC World 展会上，Sicomin 公司展示了其 SR Fire Green 37FR 手工层压树脂。这款最新的 Green Poxy 系列产品将优异的防火性能与可持续的配方（具有 25%的植物基碳质量分数）相结合。该产品是一种膨胀型环氧树脂体系，针对手工层压工艺进行了优化，并可提供一系列固化剂以在制造过程中调整固化时间。它还具有无卤特点，因而在火灾情况下不透光烟度和毒性非常低。Sicomin 的新树脂体系适用于各种大小组件，目标应用在运输，建筑和土木工程。

三、船舶

Grand Largue Composites（GLC）使用 Sicomin 公司的的纤维织物、环氧树脂和胶粘剂建造了第一 使用大量亚麻纤维增强材料的40 级。这名为 Crosscall 的得了 40 级世界锦标的冠军。40 级的船体必须重量轻、坚固坚硬，在最极端的条件下耐用。此外，为了降低成本，不能用碳纤维加固。因此，用于船体灌注和层压的树脂的质量和可靠性至关重要。所选用的浸渍树脂是Sicomin 的 SR1710，一种高模量结构环氧树脂。它专为灌注和注射工艺而设计，是具有极低的粘度和低反应性硬化剂，适用于大型零件的生产。由SR1710 制成的复合部件具有高的层间剪切强度，并且在潮湿环境中保持其力学性能。Crosscall 驾驶舱是由混合双织物包括 50%亚麻纤维增强。船的其他部分也使用了亚麻纤维，包括道、引盖、压载舱和顶盖。船的其余部分用 100%玻璃纤维织物加固。Sicomin 的低毒性 SR8200 被用来将内部结构层压到船体上。Hexcel 公司的 Hex Ply M9.6GF 预浸料产品获得了法国船级（BV）的型式认证。该认证使这些碳纤维增强环氧树脂预浸料能够用于生产所有 BV 认证的船舶部件。Hex Ply M9.6GF 预浸料可采用单向、无卷曲和斜纹织物加固，特别适合用于制造和风力助船舶推进（WASP）的其他大型结构部件。HexPly M9.6GF 预浸料满足 制造商对质量、力学性能和加工特性的所有要求，同时也证明具有成本效益。

四、航空

美国玻璃纤维专业厂商 AGY 与树脂和化学品厂商 Kaneka Aerospace 宣布开发了一种透明复合材料，该材料为 AGY 连续 S-2 玻璃纤维织物增强的环氧基树脂体系。到目前为止，该材料已开发的版本是由多层 S-2 玻璃纤维组成，具有高透明度、低雾度和优良的冲击性能。Kaneka 公司表示，环氧树脂是一种配方树脂，可以通过化学调整来改变树脂的折射率，使其与 S-2 玻璃纤维的折射率相匹配，从而在不显著降低力学性能的情况下最大限度地提高透明度。该材料目前仅可用于注入，但该公司报告一个预浸料版本正在进行开发和测试。该材料的潜在应用包括防弹 、机器防护或任何需要高透明度和优异抗冲击性能的部件。

五、家具

日本艾卡工业公司开发了用于制作树脂工作台、室内小饰品、配件的厚物注塑用环氧树脂Lcapure。已针对家具木工市场开始销售，目标是年销售额 5000 万日元。近来环氧树脂和天然木材组合制成的树脂工作台和双面 在海外受到关注，在日本也很受欢迎。新开发的 Lcapure 树脂不易因紫外线黄变，能长时间维持高透明度，硬度高，可通过固化促进剂的添加量调节固化时间，并有更多的色彩表现。

六、助剂及成型技术

BYK 的产品组合现在包括一种通过德国劳德认证的添加剂：BYK-C8001。这意味着风力轮机制造商可以将这种聚合物偶联剂在其玻璃纤维增强的环氧树脂体系中应用，而无需进一步测试。BYK-C8001 偶联剂可将体系的力学性能提高60%，它是一种具有反应性/表面活性基团的共聚物，可用于优化转子叶片的纤维增强树脂的力学强度和寿命。疲劳试验结果直接表明叶片寿命更长。另一个特点是，它可以应用于所有环氧树脂兼容的玻璃纤维织物，同时保持成品组件的高质量。Massivit 3D 公司 推 出 了 Massivit 10000 产品 ，旨在克服复合材料制造中的模具瓶颈。采用了一种名为“运动浇注”（Cast-Motion，CIM）的专有热固性增材制造技术。它可以取代缓慢、昂贵和浪费的现有方法。Massivit 10000 提供了唯一真正的各向同性 3D 打印模具，它还减少了浪费、库存和运输。该产品服务于汽车、船舶、铁路、能源和建筑行业，可直接铸造模具，无需模型。先3D 打印出一个外壳，并间歇性性地将工业级热固性环氧树脂浇注到该外壳中，再将模具和易水损壳浸入清水中，使外壳破碎。这种方法可以使模具生产周期由以前的几个星期缩短为几天。

七、智能复合材料

智能复合材料承诺能够在监测结构健康的同时加强结构部件。现在，研究人员已经创造了一种新的复合材料，作为自供电传感器来检测应力和损伤，而无需外部电源。来自日本东北大学、切斯特大学和英国阿斯顿大学开发了新型复合材料，采用碳纤维增强聚合物（CFPR）与酸钾钠纳米颗粒（KNN）填充的环氧（KNN-EP）材料共同提供了更好的力学性能和压电性能，能够将弯曲应力产生的机械能转换为电信号，可用作结构损伤检测的力传感器。研究发现，体积分数 30 %的 KNN提供了最有利的力学和压电性能的组合。与 CFPR 电极相结合，复合材料的电压输出比压电陶瓷高600%。关键的是，电压信号中的不同模式表明了不同裂纹扩展模式和方向，因此复合材料可用于检测材料内部的应力和损伤。通过监测 CFRP/KNN-EP 复合材料产生的电信号，可以实时跟踪结构健康状况，并预测即将发生的故障。这种复合材料可以整合在一起进入建筑物，桥梁或其他结构基础设施，以提供部件的维修和加固，以及需要维修的早期预 。CFRP 在航空航天和汽车应用中也至关重要，将这种材料应用其中可以使飞机机身、航天器结构或汽车车身的结构损伤的早期检测成为可能。尽管CFRP/KNN-EP 的生产和集成成本很高，但这种复合材料也可以作为一种能量采集器成为物联网的一个重要组成部分。

八、绿色回收技术

奥胡斯大学和丹麦技术研究所的研究人员开发了一种化学工艺，可以分解风力轮机叶片的环氧复合材料，同时提取完整的玻璃纤维以及高品质的环氧树脂原料双酚 A。回收的材料可用于新叶片的生产。这种新的化学工艺并不局限于风力轮机叶片，也适用于许多不同的纤维增强环氧树脂复合材料，包括一些用特别昂贵的碳纤维增强的材料。这一工艺有助于在使用这些增强复合材料的风力 轮机、航空航天、汽车工业中建立潜在的循环经济。叶片的设计经久耐用，给环境带来了挑战。风力轮机叶片 役后大多会被填 。如果找不到解决方案，预计到 2050年全球将积4 300万t片废料。在实验室中经过 6 d 的催化作用，一块风力轮机叶片被溶解，得到完整的玻璃纤维和双酚A，此外还有一小部分不能回收的各种低聚物及金属网（铸造到叶片中作为风力 轮机防雷保护的一部分）。新工艺的回收策略可应用于绝大多数现有的风力轮机叶片和目前正在生产的叶片，以及其他环氧基材料。研究结果已经发表在《自然》杂志上，奥胡斯大学和 麦技术研究所已经为这一方法申请了专利。具体来说，研究人员通过使用 基催化剂和异丙醇和甲苯溶剂在一个单一的工艺中，分离环氧树脂基体获得高质量的环氧树脂原料双酚A和完全完整的玻璃纤维。该方法还不能立即扩大规模，因为催化体系对于工业实施来说不够有效，而且是一种稀有和昂贵的金属。奥胡斯州科学家大学正在继续改进这一方法。这项研究得到了 CETEC 项目（热固性环氧树脂复合材料循环经济）的支持，该项目是维斯塔斯公司、Olin 公司、麦技术研究所和奥胡斯大学之间的合作项目。

2022 年至 2023 年，环氧树脂和固化剂的研究开发继续秉承绿色环保理念，在生物质化道路上不断开拓向前。环氧高导热半导体封装材料受到市场青睐，各种高性能涂料助剂开发使得环氧涂料性能显著提高。电动汽车电池用复合材料的耐冲击、减重、阻燃功能进一步加强，智能复合材料的问世使飞机或汽车车身的结构损伤的早期检测成为可能，复合材料的绿色回收技术有望在使用增强复合材料的风力轮机、航空航天、汽车工业中建立循环经济。这一年环氧技术开发在精益求精、可持续发展方面成不俗。

此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译，部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。