1.北京纳盛通新材料科技有限责任公司
2.北京碳复科技有限公司
01引言
飞机和汽车等移动出行工具对材料的轻量化提出了更高的要求，同时工业机械用途方面，除制造工序的高水平化和复杂化外，还提出了高效率化的要求，而兼具轻量化和高强度特点的CFRP，今后将以通用性较高的环氧树脂为基材的CFRP，在耐热性方面存在问题，有时日益受到欢迎。但与此同时，难以满足多样化的客户需求。
三菱化学公司开发的产品将酚醛树脂用作基体树脂，实现了300°C高温下也能保持优秀物理特性的耐高温性。除高导热性、高刚性、轻量化等CFRP的特性外，还获得了耐高温性，从而为一直以来难少满足的客户要求提供了解决方案。
02CFRP的应用领域
由于CFRP重量轻，强度高，被广泛的应用于体育休闲、工业、航空航天及汽车等领域。通过树脂基体的选择，还可以赋予耐热性、耐冲击性、阻燃性等性质，可以发挥“部件的轻量化”、“自由的强度、刚性设计”等金属和陶瓷所不具有的优良特性。
三菱化学同时也是制造PAN基碳纤维和沥青基碳纤维的企业，具有独特的优势，能灵活的提供符合各种客户需求的产品。
① 精密机器零件（液晶用机械手、半导体用末端执行器、薄膜制造用辊等）
②一般工业用机械部件（搬运设备用传递梁等）
③医疗器械用零部件（X射线用胶片盒等）
④体育用品（钓竿、球拍、球棒、自行车零件、高尔夫球杆等）
⑤人造卫星，飞机，直升机，无人机用部件，结构材料
⑥汽车用部件（行李箱盖等外板、室内面板等）
⑦船体、桅杆、吊杆等
⑧风力发电用叶片增强材料
⑨压力容器
图1 三菱化学的CFRP产品应用
03耐高温碳纤维酚醛树脂基复合材料
酚醛树脂基CFRP和环氧树脂基CFRP、铝（A6061）、钢（SS400）的物性比较如表1所示。酚醛树脂基CFRP耐热温度超过300℃，远远高于环氧CFRP的100~200℃、A6061的150℃，密度与环氧树脂CFRP的1.7g/cm³相当，大大低于A6061的2.7g/cm³、SS400的7.9g/cm³。同时，作为增强材料，可用于沥青基碳纤维和PAN基碳纤维。
表1物性比较
沥青基碳纤维（型号：K13916，弹性模量：760GPa）酚醛树脂CFRP在各温度下的弯曲试验结果如图2所示（JIS K7074标准/在各温度下保持10分钟后，进行试验）。将室温的弯曲强度及弯曲弹性模量设为100%时，各温度下的弯曲强度·弯曲弹性模量的变化率分别如上图和下图所示。
由图可知，环氧树脂CFRP的弯曲强度、弯曲弹性模量在超过100℃及200℃时，有较大幅度的降低倾向。另一方面，在酚醛树脂CFRP中，即使在300℃下，强度和弹性模量由初期下降不到5%。
图2 各种CFRP的弯曲强度及弹性模量随温度变化图
采用酚醛树脂CFRP试制了最长超过4m的长尺寸机器人机械臂，如图3所示，根据客户的要求进行形状研究和刚性设计，其轻量化效果如表2所示。以SS400的刚性(弯曲弹性模量以 (0°)为基准，当A6061、酚醛CFRP的刚性换算为相同刚性厚度时，酚醛CFRP可减少约20%，再加上不同材料之间的密度差，最终构件的重量可减少约80%。因此，酚醛树脂CFRP能够为客户提供兼顾轻量化和提高耐热性的有效解决方案。
图3 酚醛树脂CFRP长尺寸机械手
表2 酚醛树脂的轻量化效果
04结束语
三菱化学公司为了满足多样化、高度化的顾客的要求，不断推进碳纤维增强复合材料产品的开发。今后也将继续通过及时提供最佳解决方案，积极开拓市场。
参考文献
portant;">（1）堀井敏行，フェノール樹脂を使用した高耐熱性CFRPの紹介，強化プラスチックス，2021
