引言

飛機(jī)和汽車等移動(dòng)出行工具對(duì)材料的輕量化提出了更高的要求，同時(shí)工業(yè)機(jī)械用途方面，除制造工序的高水平化和復(fù)雜化外，還提出了高效率化的要求，而兼具輕量化和高強(qiáng)度特點(diǎn)的CFRP，今后將以通用性較高的環(huán)氧樹脂為基材的CFRP，在耐熱性方面存在問題，有時(shí)日益受到歡迎。但與此同時(shí)，難以滿足多樣化的客戶需求。

三菱化學(xué)公司開發(fā)的產(chǎn)品將酚醛樹脂用作基體樹脂，實(shí)現(xiàn)了300°C高溫下也能保持優(yōu)秀物理特性的耐高溫性。除高導(dǎo)熱性、高剛性、輕量化等CFRP的特性外，還獲得了耐高溫性，從而為一直以來難少滿足的客戶要求提供了解決方案。

02CFRP的應(yīng)用領(lǐng)域

由于CFRP重量輕，強(qiáng)度高，被廣泛的應(yīng)用于體育休閑、工業(yè)、航空航天及汽車等領(lǐng)域。通過樹脂基體的選擇，還可以賦予耐熱性、耐沖擊性、阻燃性等性質(zhì)，可以發(fā)揮“部件的輕量化”、“自由的強(qiáng)度、剛性設(shè)計(jì)”等金屬和陶瓷所不具有的優(yōu)良特性。

三菱化學(xué)同時(shí)也是制造PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維的企業(yè)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能靈活的提供符合各種客戶需求的產(chǎn)品。

① 精密機(jī)器零件（液晶用機(jī)械手、半導(dǎo)體用末端執(zhí)行器、薄膜制造用輥等）

②一般工業(yè)用機(jī)械部件（搬運(yùn)設(shè)備用傳遞梁等）

③醫(yī)療器械用零部件（X射線用膠片盒等）

④體育用品（釣竿、球拍、球棒、自行車零件、高爾夫球桿等）

⑤人造衛(wèi)星，飛機(jī)，直升機(jī)，無人機(jī)用部件，結(jié)構(gòu)材料

⑥汽車用部件（行李箱蓋等外板、室內(nèi)面板等）

⑦船體、桅桿、吊桿等

⑧風(fēng)力發(fā)電用葉片增強(qiáng)材料

⑨壓力容器

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?圖1?三菱化學(xué)的CFRP產(chǎn)品應(yīng)用

03?耐高溫碳纖維酚醛樹脂基復(fù)合材料

酚醛樹脂基CFRP和環(huán)氧樹脂基CFRP、鋁（A6061）、鋼（SS400）的物性比較如表1所示。酚醛樹脂基CFRP耐熱溫度超過300℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)氧CFRP的100~200℃、A6061的150℃，密度與環(huán)氧樹脂CFRP的1.7g/cm3相當(dāng)，大大低于A6061的2.7g/cm3、SS400的7.9g/cm3。同時(shí)，作為增強(qiáng)材料，可用于瀝青基碳纖維和PAN基碳纖維。

表1物性比較

瀝青基碳纖維（型號(hào)：K13916，彈性模量：760GPa）酚醛樹脂CFRP在各溫度下的彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示（JIS K7074標(biāo)準(zhǔn)/在各溫度下保持10分鐘后，進(jìn)行試驗(yàn)）。將室溫的彎曲強(qiáng)度及彎曲彈性模量設(shè)為100%時(shí)，各溫度下的彎曲強(qiáng)度·彎曲彈性模量的變化率分別如上圖和下圖所示。

由圖可知，環(huán)氧樹脂CFRP的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量在超過100℃及200℃時(shí)，有較大幅度的降低傾向。另一方面，在酚醛樹脂CFRP中，即使在300℃下，強(qiáng)度和彈性模量由初期下降不到5%。

圖2?各種CFRP的彎曲強(qiáng)度及彈性模量隨溫度變化圖

采用酚醛樹脂CFRP試制了最長超過4m的長尺寸機(jī)器人機(jī)械臂，如圖3所示，根據(jù)客戶的要求進(jìn)行形狀研究和剛性設(shè)計(jì)，其輕量化效果如表2所示。以SS400的剛性(彎曲彈性模量以 (0°)為基準(zhǔn)，當(dāng)A6061、酚醛CFRP的剛性換算為相同剛性厚度時(shí)，酚醛CFRP可減少約20%，再加上不同材料之間的密度差，最終構(gòu)件的重量可減少約80%。因此，酚醛樹脂CFRP能夠?yàn)榭蛻籼峁┘骖欇p量化和提高耐熱性的有效解決方案。

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圖3?酚醛樹脂CFRP長尺寸機(jī)械手

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表2?酚醛樹脂的輕量化效果

04?結(jié)束語

三菱化學(xué)公司為了滿足多樣化、高度化的顧客的要求，不斷推進(jìn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品的開發(fā)。今后也將繼續(xù)通過及時(shí)提供最佳解決方案，積極開拓市場。

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