近年來，碳纖維材料因其優異的力學性能、輕質高強和耐腐蝕特性，在航空航天、汽車制造等領域得到廣泛應用，為突破傳統碳纖維性能瓶頸，研究人員提出了一系列創新方法，通過優化前驅體聚合物的分子結構，可顯著提升碳纖維的拉伸強度和模量；引入納米材料（如碳納米管、石墨烯）作為增強相，能夠改善纖維的界面結合力和導電性；采用等離子體處理或化學氣相沉積等表面改性技術，可有效增強碳纖維與基體材料的相容性，實驗表明，結合高溫石墨化工藝（2800℃以上）和張力控制，可使碳纖維的結晶度和取向度大幅提高，從而提升其綜合性能，這些新方法不僅為高性能碳纖維的工業化生產提供了技術路徑，也為拓展其在新能源、智能裝備等新興領域的應用奠定了基礎，未來研究將聚焦于降低成本、實現規模化生產以及開發多功能一體化碳纖維材料。

碳纖維材料性能提升的新方法

• 從設備裝置角度
  • 自主創新適用于連續碳纖維增強熱塑性單向預浸帶的設備裝置。例如智上新材料在熔融浸漬連續碳纖維裝置的開發中，選擇浸漬效果更好的模頭，并改良輥系浸漬工藝裝置組合。研究發現在用熔融的PEEK樹脂浸漬連續碳纖維時，碳纖維張力越大、碳纖維分散程度越高、輥子數越多，熱塑性樹脂對碳纖維的浸漬效果越好，從而可提升碳纖維材料性能。
• 從制備技術方面
  • 優化連續碳纖維增強熱塑性單向預浸帶的制備技術。像智上新材料在預浸帶開發過程中，發現增加熱塑性樹脂的熔融溫度、延長碳纖維絲束在熱塑性樹脂中的停留時間、縮短熔體的流動路徑以及提高浸漬壓力等方法都能有效提高熱塑性樹脂對碳纖維絲束的浸漬效果，不過具體參數要依據不同樹脂體系和不同的碳纖維絲束質量比進行逐一優化確定，以此提升碳纖維性能。
• 從原材料角度
  • 調整碳纖維絲束表面的上漿劑和界面改性劑，提升碳纖維與熱塑性樹脂之間的界面結合強度，在一定程度上增強二者之間的熔融性。例如智上新材料通過這種方式已經順利完成了連續碳纖維增強聚苯硫醚（PPS）、聚酰胺（PA）、熱塑性聚酰亞胺（TPI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亞胺（PEI）等單向預浸帶的試制，提升了碳纖維材料的性能。
• 在航空航天領域的特殊優化
  • 在航空航天領域通過優化碳纖維性能，如提高碳纖維的抗拉強度、彈性模量等力學性能。高性能碳纖維旨在持續提升強度、彈性模量，隨著這些性能的提升，碳纖維復材在航空航天領域的應用占比得到拓展，例如在飛機上的應用從早期20世紀80年代只用作非承力構件，用量占比只有5% - 6%，到逐漸用作次承力構件和主承力構件，用量占比達到50%，從而提升碳纖維在航空航天領域應用的性能表現。
  • 優化碳纖維增強材料的熱性能，例如改進碳纖維性能提高其熱導率，這有助于其在航空航天領域的應用，像在一些航空航天設備中對溫度控制有要求的部件，性能提升后的碳纖維能更好滿足需求。
  • 提高碳纖維的耐腐蝕性、抗氧化性等耐環境性能，這能讓碳纖維更好地適應航空航天的特殊環境，保障其性能穩定，提升整體性能。

碳纖維復合材料在航天的應用案例

碳纖維材料界面改性技術進展

熱塑性樹脂浸漬工藝優化策略

碳纖維耐環境性能提升新途徑