熱塑性碳纖維和3D打印匹配嗎？

    春節(jié)檔上映的《流浪地球2》點燃了國人對于科幻電影的熱情，其實在整部電影中很多人都忽視了一個詞，那就是“3D打印”，月球表面作業(yè)的大型設(shè)備就擔(dān)負(fù)了“3D打印”的工作。說到“3D打印”，就不得不提打印的材料，其中就包括熱塑性碳纖維復(fù)合材料。碳纖維可能有些朋友知道，3D打印可能也知道，但是它們有什么聯(lián)系嗎？

    熱塑性碳纖維和3D打印匹配嗎？

    就目前來說，3D打印的材料有很多，諸如塑料、陶瓷、金屬、LayWood、蠟材料等等，目前可供作為3D打印的材料有200多種，而熱塑性碳纖維復(fù)合材料時近些年受到關(guān)注的一種。碳纖維復(fù)合材料質(zhì)地很輕，同時抗拉強度和彈性模量遠(yuǎn)超金屬，在一些高端領(lǐng)域中可以發(fā)揮出巨大的作用，如航空航天、醫(yī)療等。

    從性能上來看，熱塑性碳纖維復(fù)合材料是適合3D打印使用的，不過并不是所有的熱塑性碳纖維都合適。碳纖維有不同的形態(tài)，包括粉末、短切、長切和連續(xù)這幾種。其中短切碳纖維纖維保留長度<1MM，長切碳纖維纖維保留長度1～25MM，而連續(xù)碳纖維理論纖維保留長度與制品最終尺寸一致。

    目前可供3D打印使用的是粉末、短切和長切碳纖維制成的熱塑性復(fù)合材料，連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料想要應(yīng)用在3D打印中還有較多的困難需要克服。短切材料對于3D打印機的要求很低，跟普通的3D打印機區(qū)別不大。而連續(xù)碳纖維填充熱塑性樹脂基體則完全是另一種打印工藝了，其中的難度提升可想而知。

    連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料是什么？

    我們常說的熱塑性碳纖維復(fù)合材料其實并不是單一的種類，更多是是與熱固性碳纖維復(fù)合材料進行區(qū)分而得名的。熱塑和熱固其實是碳纖維復(fù)合材料中樹脂基體材料的兩種大的分類方向，熱固是指加熱固化后就無法再次改變形態(tài)，而熱塑顧名思義是具備二次重塑性能的類型。

    上面也提到了熱塑性碳纖維復(fù)合材料中，適合3D打印的是粉末、短切和長切，這是對碳纖維不同形態(tài)而進行的劃分。不管是何種形態(tài)的碳纖維，又或是熱塑熱固樹脂，它們都是將碳纖維絲與樹脂融合為一體，成為碳纖維復(fù)合材料的總稱。

    這種融合并不是單單的混合，而是將樹脂充分浸潤碳纖維絲后形成穩(wěn)定物理結(jié)構(gòu)的過程。目前熱固性碳纖維復(fù)合材料的使用占比更高，因為熱固性樹脂浸潤碳纖維絲的效果更好更快更徹底，而熱塑性樹脂在該方面的表現(xiàn)還不盡如人意。

    即便如此，未來連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料還是研究的重要方向，因為它可以提供更好的性能數(shù)據(jù)，同時讓下游碳纖維產(chǎn)品具備回收重塑的特性，幫助碳纖維產(chǎn)業(yè)更加環(huán)保。未來如果解決了熱塑性樹脂高溫狀態(tài)浸潤效果較差等相關(guān)的問題，連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料可能會替代熱固性碳纖維，遍及我們的各行各業(yè)。

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