1.模压成型（Compression Molding）

• 工艺过程：
  将热塑性预浸料（碳纤维与热塑性树脂如PEEK、PA、PP等预浸渍）裁剪后放入模具中，加热至树脂熔点以上（例如PEEK需加热至380-400°C），施加高压（5-20 MPa）使材料流动并充满模腔，随后冷却脱模。
• 优点：
• 适用于复杂形状和厚壁部件；
• 生产效率较高，适合中大批量生产。
• 缺点：
• 模具成本高；
• 对温度和压力控制要求严格。
• 应用：汽车结构件、电子设备外壳等。

2.自动铺放（Automated Fiber Placement, AFP）

• 工艺过程：
  通过自动化设备将热塑性预浸带（预浸渍碳纤维的窄带）逐层铺放至模具表面，同时通过激光或红外加热使树脂熔融并粘合，逐层堆叠后冷却固化。
• 优点：
• 高精度，适合大型复杂曲面（如飞机机翼）；
• 减少材料浪费。
• 缺点：
• 设备投资大；
• 层间结合强度依赖加热均匀性。
• 应用：航空航天主承力结构件。

3.热压罐成型（Autoclave Processing）

• 工艺过程：
  将预浸料铺层后放入热压罐，通过高温高压（通常0.5-1.5 MPa）使树脂熔融并排除孔隙，冷却后形成高致密结构。
• 优点：
• 制品孔隙率低，力学性能优异；
• 适合高精度部件。
• 缺点：
• 能耗高，周期长；
• 设备昂贵。
• 应用：航天器部件、高性能运动器材。

4.注塑成型（Injection Molding）

• 工艺过程：
  将短切碳纤维与热塑性树脂混合造粒，通过注塑机加热熔融后高速注入模具，冷却成型。
• 优点：
• 高生产效率，适合复杂薄壁件；
• 成本低，适合大批量生产。
• 缺点：
• 纤维长度受限（通常<1mm），力学性能较低；
• 纤维取向难以控制。
• 应用：消费电子件、汽车内饰件。

5.缠绕成型（Filament Winding）

• 工艺过程：
  将热塑性预浸丝束或纤维束通过加热熔融后缠绕在芯模上，冷却后脱模。
• 优点：
• 适合回转体结构（如压力容器、管道）；
• 纤维方向可控，强度高。
• 缺点：
• 设备复杂，工艺参数（温度、张力）需精确控制。
• 应用：储氢罐、高压管道。
  
  

6.3D打印（Additive Manufacturing）

• 工艺过程：
  使用短切碳纤维增强的热塑性线材（如CF/PA、CF/PEEK），通过熔融沉积成型（FDM）逐层堆积。
• 优点：
• 设计自由度高，无需模具；
• 适合小批量定制件。
• 缺点：
• 力学性能低于传统工艺；
• 表面粗糙，需后处理。
• 应用：医疗器械、轻量化原型件。

关键工艺参数

1. 温度：需高于树脂熔点但避免热降解（如PEEK需380-400°C）。
2. 压力：确保树脂充分流动并减少孔隙（5-20 MPa）。
3. 冷却速率：影响结晶度（如PEEK快速冷却可提高韧性）。
4. 纤维取向：通过工艺设计优化力学性能。

热塑性 vs 热固性复合材料成型

挑战与趋势

• 挑战：
• 高温成型导致设备成本高；
• 界面结合强度优化（纤维与热塑性树脂的粘接）。
• 趋势：
• 开发低温成型热塑性树脂（如PA6）；
• 结合感应加热、激光辅助等高效能源技术；
• 混合工艺（如热塑性预浸料与注塑结合）。

热塑性碳纤维复合材料的成型工艺选择需综合考虑产品性能需求、成本、批量等因素。随着环保和轻量化需求的提升，其在高附加值领域的应用将持续扩大。