In den letzten Jahren haben Leichtbaumaterialien bei der Herstellung verschiedener Industriekomponenten, insbesondere Automobil- und Luft- und Raumfahrtkomponenten, große Aufmerksamkeit erhalten. Genauer gesagt haben faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe (FRP) einen geeigneten Weg geebnet, um sich erfolgreich als praktikable Alternative zu Schwermetallkomponenten zu erweisen.

Herkömmliches FVK basiert auf Epoxidharzen und ist mit Hochleistungsfasern wie Carbonfasern verstärkt. Allerdings ist das Recycling von Verbundwerkstoffen auf Epoxidharzbasis am Ende ihrer Nutzungsdauer recht kompliziert. Andererseits sind Thermoplaste günstiger, einfacher zu verarbeiten und leicht zu recyceln. Kohlenstofffasermaterialien haben die Vorteile einer hohen Festigkeit, einer geringen Dichte, eines hohen spezifischen Moduls, einer geringen Dichte, einer hohen Temperaturbeständigkeit, einer chemischen Beständigkeit, eines geringen Stroms, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einer hervorragenden Vibrations- und Geräuschdämpfungsfunktion, die im technischen Bereich weit verbreitet sind . In FRP fungiert das Matrixpolymer als kontinuierliche Phase und die Verstärkungsfasern als diskontinuierliche Phase.

Abhängig von der Art des Polymers kann der Verbundwerkstoff entweder duroplastisch oder thermoplastisch sein.
Die Herstellungsprozesse für Verbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix und Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix sind sehr unterschiedlich, wobei erstere eine Aushärtung und letztere einen einfachen Schmelz- und Abkühlprozess erfordern. Derzeit sind die in China am häufigsten verwendeten Materialien Verbundwerkstoffe aus duroplastischen Kohlefaserverbundwerkstoffen. Gleichzeitig wurde die thermische Härtungstechnologie in China umfassender entwickelt und angewendet.
Im Gegensatz dazu steckt die Formgebungstechnologie thermoplastischer Kohlefaserverbundwerkstoffe noch in den Kinderschuhen und es gibt noch Raum für weitere Optimierungen sowie hohe Herstellungskosten und immer höhere Anforderungen an Prozess und Technologie.
Thermoplastische Kohlefasermaterialien haben unersetzliche Vorteile:
1) Hohe Schlagfestigkeit (10-mal höher als Duroplast);
2) Thermoplastische Kohlenstofffasern können recycelt werden;
3) Wenn wir das Problem überwinden können, dass die Harze nicht leicht miteinander schmelzen, können wir den zweiten Spritzguss abschließen.
Dies vereinfacht den Formprozess und verbessert die mechanischen Eigenschaften.



Thermoplastisches Harz ist eines der häufigsten Matrixmaterialien in Kohlefasermaterialien. Es besitzt die Eigenschaften des Erweichens durch Hitze, des Schmelzens durch Hitze und der stabilen Aushärtung nach dem Abkühlen und kann durch hohe Hitze geschmolzen und nach dem Abkühlen wiederholt verfestigt werden. Thermoplastische Harze weisen eine ausgezeichnete Korrosionsstabilität, Bruchzähigkeit, Beschädigungsbeständigkeit und Schlagfestigkeit auf und sind klein. In den letzten Jahren wurden Kohlefasern als Verstärkungskörper und ihr thermoplastisches Material als Matrix in vielen zivilen und militärischen Bereichen Chinas weit verbreitet eingesetzt.

Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe haben in den letzten Jahrzehnten eine lange Entwicklungsgeschichte hinter sich, und es wurden verschiedene Formverfahren entwickelt. Derzeit sind die gängigsten konventionellen Formverfahren in der Fertigungsindustrie: Heißpressen von Dosen, Pultrusionsformen, Wickelformen usw. Obwohl diese herkömmliche Formherstellungsmethode auf ein breites Spektrum hochtechnologischer Verfahren anwendbar ist, sind die Produktionskosten hoch und die Effizienz gering. In den letzten Jahren ist eine Vielzahl neuer Formverfahren entstanden, darunter die automatische Verbreitung des optischen Faserformens, die schnelle Ultraschallkonsolidierung, das Laserkonsolidierungs- und Elektronenstrahl-Konsolidierungsformen, das vakuumunterstützte Formen sowie 3D-Druck und andere Formtechnologien.