熱固性預(yù)浸料作為復(fù)合材料的核心中間體，其孔隙率直接決定最終制品的力學(xué)性能與耐久性。當(dāng)前，行業(yè)普遍面臨孔隙率控制精度不足、工藝穩(wěn)定性差、生產(chǎn)效率低等瓶頸。本文從材料體系設(shè)計(jì)、制備工藝創(chuàng)新、過程參數(shù)優(yōu)化及工業(yè)化生產(chǎn)管控四個(gè)維度，系統(tǒng)闡述低孔隙率熱固性預(yù)浸料的關(guān)鍵技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用路徑。

一、材料體系優(yōu)化與界面調(diào)控

低孔隙率預(yù)浸料的核心在于樹脂與纖維的界面匹配性。通過納米粒子改性技術(shù)，在環(huán)氧樹脂基體中引入1%-3%的納米二氧化硅或氧化鋁，可降低樹脂熔體黏度15%-20%，同時(shí)提升界面剪切強(qiáng)度（IFSS）40%以上。界面偶聯(lián)劑處理是另一關(guān)鍵技術(shù)，采用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對(duì)碳纖維進(jìn)行等離子體預(yù)處理，可使纖維表面能提升至65mJ/m以上，樹脂潤濕角從100°降至30°以下，顯著改善纖維浸潤性。此外，樹脂配方優(yōu)化亦不可忽視，通過調(diào)整雙氰胺類固化劑與促進(jìn)劑比例，可延長預(yù)浸料常溫儲(chǔ)存期至12個(gè)月，同時(shí)將固化溫度窗口從±5℃擴(kuò)展至±8℃，提升工藝容錯(cuò)率。

二、制備工藝創(chuàng)新與設(shè)備升級(jí)

熱熔法工藝因樹脂含量控制精度高、揮發(fā)分低，成為低孔隙率預(yù)浸料的主流制備技術(shù)。采用兩步法熱熔工藝，先通過制膜機(jī)將熔融樹脂均勻涂覆在離型紙上制成0.1-0.3mm厚的膠膜，再與纖維織物以“三明治”結(jié)構(gòu)疊合，經(jīng)120-150℃高溫?zé)釅簭?fù)合，可使預(yù)浸料空隙率穩(wěn)定控制在0.5%以下。為進(jìn)一步提升工藝效率，開發(fā)多級(jí)展纖輥組與超聲振動(dòng)輔助展纖技術(shù)，可將碳纖維束展寬至25mm以上，纖維體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)從±4%降至±1%，同時(shí)通過20kHz超聲振動(dòng)破壞樹脂表面張力，使浸漬壓力降低30%仍能實(shí)現(xiàn)完全滲透。

三、過程參數(shù)精準(zhǔn)控制與缺陷抑制

孔隙率控制的核心在于溫度、壓力、速度三要素的協(xié)同優(yōu)化。在熔融浸漬階段，采用三段式溫度梯度設(shè)計(jì)：預(yù)熱段320-340℃消除樹脂內(nèi)應(yīng)力，熔融段360-380℃控制黏度在400-600Pa·s，保溫段350-360℃消除溫度梯度引發(fā)的固化不均。浸漬壓力與纖維線速度需建立動(dòng)態(tài)匹配模型，當(dāng)線速度為12m/min時(shí)，最優(yōu)壓力為2.3MPa，此時(shí)樹脂滲透深度可達(dá)纖維束直徑的92%。針對(duì)孔隙缺陷的源頭治理，開發(fā)三級(jí)真空脫氣系統(tǒng)，將樹脂熔體中的揮發(fā)分殘留量從0.8%降至0.05%，同時(shí)通過在PPS基體中引入5%納米氧化鋁成核劑，使結(jié)晶收縮孔隙率從4.2%降至1.8%。

四、工業(yè)化生產(chǎn)管控與質(zhì)量追溯

為滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求，需構(gòu)建全流程數(shù)字化管控體系。在預(yù)浸料收卷階段，采用在線紅外測(cè)厚儀與激光輪廓儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)厚度均勻性與表面平整度，波動(dòng)范圍控制在±3μm以內(nèi)。固化過程采用分段式溫度控制模具，結(jié)合真空輔助成型技術(shù)，使制品孔隙率從2.1%降至0.45%。為提升生產(chǎn)效率，開發(fā)自動(dòng)化鋪帶設(shè)備，鋪放速度可達(dá)50m/min，材料利用率從65%提升至92%。此外，建立孔隙率-工藝參數(shù)映射模型，通過響應(yīng)面法（RSM）優(yōu)化工藝窗口，使PA6/碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)效率提升2.8倍，孔隙率穩(wěn)定控制在0.8%以下。

結(jié)語

低孔隙率熱固性預(yù)浸料的制備需從材料設(shè)計(jì)、工藝創(chuàng)新、參數(shù)優(yōu)化到生產(chǎn)管控形成閉環(huán)技術(shù)體系。未來，隨著納米改性樹脂、智能鋪放設(shè)備及數(shù)字孿生技術(shù)的深度融合，預(yù)浸料孔隙率有望進(jìn)一步降至0.3%以下，推動(dòng)航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件性能實(shí)現(xiàn)跨越式提升。同時(shí)，生物基樹脂與回收碳纖維的應(yīng)用，將為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供新的技術(shù)路徑。