南昆士兰大学王浩教授 AM综述 | 碳纤维增强热塑性塑料：从材料到制造及应用

碳纤维增强热塑性塑料（CFRT）由碳纤维与热塑性塑料混合而成，具有高机械强度和刚度、良好的热稳定性和抗冲击性。与碳纤维增强热固性树脂相比，CFRT具有高韧性、耐湿热性、可回收性以及原料可长期储存等优点。此外，CFRT加工时间短，易于成型，适合低成本大规模制造。因此，CFRT近年来越来越受欢迎。

在航空航天工业中，CFRT因其强度高、重量轻而被用于制造机翼、机身和尾梁等结构部件。在汽车工业中，CFRT用于制造车身和底盘部件、内饰和发动机部件。在体育用品行业，CFRT用于制造高性能自行车、高尔夫球杆、钓鱼竿和滑雪板。CFRT还可用于腐蚀环境中的结构部件，例如管道和海上平台。CFRT的研究和开发正在蓬勃发展，重点是提升这些先进材料的性能和表现，探索其在新型应用中的潜力。

近日，澳大利亚南昆士兰大学王浩教授/Venkata Chevali副教授在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》（IF=27.4）联合发表题为“Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics: From Materials to Manufacturing and Applications”的综述论文。该综述全面回顾了CFRT的最新进展，重点介绍了高性能热塑性塑料和不同类型的碳纤维以及碳纤维的表面处理方式。文中探索了碳纤维增强热塑性塑料的加工和后处理方法，重点介绍了最新的焊接技术。本文还探讨了CFRT在工业领域的典型应用，包括机身、压力容器和汽车部件。最后，本文对当前碳纤维增强热塑性塑料面临的挑战以及未来发展进行了分析。

德国亚琛工业大学王昊博士和南昆士兰大学霍思奇博士为共同一作，南昆士兰大学王浩教授和Venkata Chevali副教授为共同通讯作者，南昆士兰大学宋平安教授参与了该工作。该工作得到澳大利亚研究理事会的支持。

图1 碳纤维增强热塑性塑料：材料，制备与应用

图2 非晶和半晶热塑性塑料分类

图3 激光辅助胶带放置的示意图

图4 CFRT注射成型工艺示意图

图5 多功能机身演示机（MFFD）的制备过程

航空航天领域将继续推动CFRT的发展，CFRT的应用范围将从二级结构扩展到一级承重部件。预计汽车行业也将更多地使用CFRT来制造轻量化、耐用的零部件。未来的研究将重点关注焊接和熔接等连接技术，以确保复杂结构的可靠高效组装。随着CFRT修复和非航空航天应用的进步，现场过程监控、检测和控制也至关重要。

尽管CFRT具有诸多优势，但也面临着加工温度高和需要专用设备等挑战。未来的研究将致力于通过开发新的加工技术并加深对加工参数与材料特性之间关系的理解来克服这些障碍。

https://doi.org/10.1002/adma.202418709

来源：高分子科学前沿

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