连续纤维增强复合材料
连续纤维增强复合材料是由增强纤维材料与树脂等基体复合制成的结构材料，使用碳纤维和高性能的树脂基体材料复合而成的先进树脂复合材料，是目前市场上批量稳定生产销售用量最多的，是最重要的一种结构复合材料。
树脂基体材料是复合材料的主要组成部分，纤维嵌入树脂基体材料内部被紧紧包裹固结在一起，在纤维之间传递和分配负载使纤维的高强度性能有效地发挥承载作用。因不同的热固性树脂基体和热塑性树脂基体，存在一定性质与结构差异，导致复合后的复合材料表现出不同的性能特点。
01 # # 01 热固性基体树脂 热固性树脂是一种高分子聚合物材料，分子链通过化学交联形成刚性的三维网络结构提供其机械性能，此过程为不可逆的固化过程。 其具有高比强度、电性能优良等优异性能，储存条件受限（需低温储存），成型工艺复杂且聚合过程中交联结构不能重复加工成型，从而无法达到回收再利用的目的。 其中可以对其进行改性处理来提高相应的热稳定性、玻璃化转变温度（Tg）和储能模量等，不同的配方会使储能模量和玻璃化转变温度发生显著变化，广泛应用于航空航天、海洋工程、石油化学等行业的应用。 常温状态下环氧树脂（E51）与热固PI树脂溶液 常用的热固性树脂有环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯等基体树脂。
02 热塑性基体树脂 热塑性树脂是一种高分子聚合物材料，可反复加热软化、冷却硬化且不发生化学交联的线型高分子材料，且在加热软化等过程中可反复进行而不改变其分子结构，分子链间仅依靠范德瓦尔斯力或氢键链接。 这类材料具有韧性好、损伤容限大、介电常数良好，同时储存期不受限制、不需低温贮存、成型不需要热压罐等大型专用设备，尤其是它具有良好的可循环性、可回收、可重复利用和不污染环境的特性适应了当今材料环保的发展方向。 常用的热塑性树脂涉及有PP、PA、PPS、PEEK等基体树脂。 热塑性树脂粒子（PP、PPS、PEEK5600G） 热固性或热塑性基体树脂之间的选择性使用是一个基本的设计决策。热固性基体树脂通常用于需要最大刚度、高温性能和优异耐化学性的应用，但以脆性和难以回收为代价。 在韧性、制造速度、可回收性和可修复性被优先考虑的情况下，热塑性基体树脂受到青睐，为更可持续的复合材料生命周期铺平道路。 表：常规热固性树脂与热塑性树脂性能强度对比
03 基体树脂性质对纤维连接状态 基体树脂-纤维界面是复合材料中控制载荷传递、应力分布和损伤容限的关键状态，有效的界面粘附确保机械载荷从相对较弱的延性基体有效地传递到坚固的脆性纤维，从而实现复合材料的完全增强潜力。相反，弱界面可能通过纤维拔出、分层和刚度降低等机制导致过早失效。 对于热固性基体树脂，表现出更好的内在粘附性，可通过与目标树脂相容的上浆剂涂层，在纤维表面引入化学活性基团（如羰基、羟基或羧基）来发挥作用，这些基团与基体树脂形成共价键或强二次键，来显著提高了润湿性、界面剪切强度和环境耐久性。 而热塑性基体树脂，为非极性、化学惰性的性质，会导致对纤维的润湿性和粘附性较差，限制复合材料的刚度和强度，因此想实现强界面结合性具有严重的挑战性。通常情况可通过表面改性处理，对于平衡热塑性碳纤维复合材料的刚度、强度和韧性至关重要。
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断裂韧性 ｜抗冲击韧性 ｜ 损伤容限｜耐疲劳性 热固性复合材料：由于其固化后存在相互高度三维交联的分子链结构，导致其内应力大，受外部载荷时无缓冲耗散途径会引发基体裂纹扩展并大幅度逐渐扩张，最终循环累积导致断裂、撕裂、分层失效模式。加上基体树脂的质脆，故使断裂韧性、抗冲击韧性、损伤容限及耐疲劳均处于较低水平。 热塑性复合材料：基于基体线性长分子链条可塑性形变、无永久交联的特性，在外载荷时可通过链段滑移耗散能量，抑制裂纹的扩展，损伤累积速率明显变慢。故其断裂韧性、抗冲击韧性及损伤容限非常好，疲劳寿命更长。 优劣势总结：热塑性复材相对于热固性复材，在承受外部载荷时可以循环耗散应力、钝化裂纹、降低基体损伤累计速率，能够有效抑制损伤的扩展，兼容更高的韧性，使其拥有更优异的韧性和疲劳性能。 表：不同CF组织复合材料性能对比 冲击后压缩测试残样(环氧树脂基体与君华PEEK基体)
表：不同CF组织复合材料疲劳性能对比 织物形式CF/PEEK-T300复材弯曲疲劳测试图及曲线
强度刚性｜模量 热固性复合材料：材料在较高温可保持强度刚性和模量，持续超上限温度后层间性能降低；低温材料脆性突出放大，力学性能大幅度降低。 热塑性复合材料：材料在高温下性能中等，超过玻璃化转变温度后显著降低；低温性能特别突出。 优劣势总结：静态结构件首选热固性基体，动态结构件首选热塑性基体，综合性能热塑基体更优。 表：不同CF组织复合材料力学性能对比 复合材料层压板产品破坏断裂面的SEM图像 （环氧树脂基体与君华PEEK基体） 通过产品的SEM图像，可突出复合材料的断裂特征。图像显示，纤维部分都是嵌入基体树脂中，环氧基体树脂结合界面的为脆性撕裂脱粘，裂纹分层明显；而PEEK基体树脂结合界面的为韧性撕裂脱粘，略微存在裂纹，无分层情况产生。 其中可通过破坏基体断裂和纤维分离的能量来提高复合材料的韧性。特别是，高质量界面强度能促进的有效载荷传递支持更高的抗拉强度和改进的疲劳性能，而在循环载荷下，较差的固结和较弱的界面结合会促进裂纹萌生和快速强度退化。
长期使用温度 ｜ 尺寸稳定性 ｜ 热加工窗口期 长期使用温度 热固性复合材料：环氧树脂 120~180℃、酚醛树脂 200℃，环氧类380℃高温下易碳化。 热塑性复合材料：普通工程树脂约150~220℃；高端工程PEEK 树脂可达260℃，分解温度达到550℃，容限更高。 尺寸稳定性 热固性复合材料：热膨胀性系数较低，尺寸较为稳定。 热塑性复合材料：可应对更高温域，但高温下易发生蠕变。 热加工窗口期 热固性复合材料：常温下呈半流体或流体状态，加工温度较低（环氧160~180℃）。 热塑性复合材料：常温下呈固态，热加工温度较高（PEEK / TPI可达400℃）。
耐化学腐蚀 ｜ 耐湿热老化 耐化学腐蚀 热固性复合材料：不耐强酸碱、强溶剂、高温油液。 热塑性复合材料：PEEK等树脂耐强酸、强碱、各类有机溶剂。 耐湿热老化 热固性复合材料：界面化学键易水解脱粘，强度、层间韧性、疲劳性能大幅下降，长期湿热老化力学衰减明显。 热塑性复合材料：分子极性极低，水分子很难渗透，湿热老化后强度、韧性、疲劳保留率极高，性能衰减微弱。
成型周期 ｜ 加工与修复性 ｜ 成型工艺适配 成型周期 热固性复合材料：固化为化学反应，耗时较长。 热塑性复合材料：固化为熔融冷却，适合大批量自动化生产。 加工与修复性 热固性复合材料：固化后不可修复，无法回收利用。 热塑性复合材料：可采用热焊接、局部加热重塑等工艺修复，可回收利用。 成型工艺适配 热固性复合材料：手糊、缠绕、RTM等工艺，适合大尺寸工件，尺寸灵活性较低。 热塑性复合材料：注塑、模压、冲压、AFPT等，适合小尺寸精密件，尺寸灵活性较高。
热固性复合材料 优势： 静态工况尺寸稳定性更优 常规成型设备、工艺成本较低 成型温度、压力等较低 树脂基体成本较低 劣势： 耐疲劳性、韧性、机械性能较低 固化不可逆，无法修复及回收利用 固化周期较长，效率较低 固化挥发有机气体，环保控制成本高 预浸料需低温存储，仓储成本较高 湿热环境易水解老化，性能衰减严重 热塑性复合材料 优势： 高韧性、损伤容限高 可二次修复 可熔融回收，绿色低碳 成型速度快，成型工艺简单 可以常温储存，仓储成本低 耐老化、化学、湿热等性能较高 劣势： 成型设备成本较高 树脂基体价格昂贵
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热塑性基体制品 热固性基体制品 新能源汽车防撞梁 电池包壳体 航空动部件 无人机机身 循环可回收制品 需焊接、修复装配件 长期酸碱、湿热环境 航空主承力机身、机翼等 风电叶片、船体等 大尺寸异形件 静态工况承力件 君华股份连续碳纤维CF/PEEK热塑性复合材料产品
04 # # 从行业长期发展格局来看，热固性与热塑性树脂基复合材料将长期差异化共存，其中热塑性复合材料具备显著前瞻性，是高端轻量化、循环制造领域的核心发展主线；热固材料依托低成本、易成型优势稳固风电、船舶、大型基建构件等基础市场。 但行业仅依托改性工艺做迭代升级，发展空间趋于饱和。而热塑性复合材料凭借本身高耐疲劳、高损伤容限、高机械性能、优异耐湿热与耐化学腐蚀等核心性能优势，同时具备快速热压成型、热熔一体化焊接/修复，报废后可熔融回收复用的独特制造与环保属性，完美契合新能源汽车电池壳体、高速轨道交通、低空飞行器等下一代高端装备对长寿命、批量智能制造、全生命周期低碳的硬性需求。 当前行业正持续攻关低成本PEEK/PPS基体、AFP、连续模压与再生复材制备技术，不断降低材料与设备门槛，未来将持续渗透高端制造核心结构，市场增速、技术迭代空间与长期应用潜力均大幅领先热固体系，是复合材料产业实现技术升级与绿色转型的关键方向。
