第29期：Prodrive Composites John McQuilliam——工程轻量化创新

Prodrive P2T工艺生产的三级部件示例。CW摄影 | Scott Francis

在《CWTalks》第29期，CW资深编辑Scott Francis专访Prodrive Composites（英国Milton Keynes）首席工程师John McQuilliam，该公司为汽车、赛车、航空航天、海洋、国防等专业领域设计制造先进轻量化复合材料。

John是英国F1赛车设计师，服务过多家赛车运动公司。2017年加入Prodrive任复合材料部首席工程师。John探讨公司首级到三级（P2T）工艺，公司称其简化回收，赋予复合材料三次甚至更多有效寿命周期。

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节目摘录

CW: 你好John，欢迎来到CW Talks复合材料播客。我想3月我访问了Prodrive Composites，看到一点P2T工艺，即首级到三级。

JM: 正确。首阶段是主级部件制造，这是我们目前大部分工作。这些部件需原生纤维、特种树脂或特定热固性树脂。我称之为传统复合部件……设计制造不大变，但会使其更易回收。

CW: 好。这些通常是高性能部件？

JM: 是。热固性制造……我们仅改变设计材料，使制造废料和报废件可回收其中碳纤维。热塑性在第二阶段引入……初始阶段可热固性或热塑性，关键是允许回收纤维。所以从主级部件回收纤维，我们确实改变设计材料为易回收纤维的形式，即更多采用无捻布、单向材料，使生产废料和部件经纤维回收工艺后得更高产率的长优质纤维。

CW: 能描述主级部件回收过程及由此产生的二级部件特征？

JM: 是。主级部件回收/再生工艺为焚烧型。废预浸料——边角料预浸料——或报废件入炉，树脂烧尽留下碳纤维。经系列工艺制成厚度均匀、取向随机的无纺毡——可制准各向同性板材。

CW: 这是ELG[ELG Carbon Fibre]为你们做的工艺吗？他们处理热解？

JM: 是，ELG做那部分。我们发废料边角料和部件，他们转化为前驱体之一，供我们制二级部件。

CW: 能说说二级部件及其特征？

JM: 二级部件增强体主要用再生碳纤维，特定区域按需用少量原生纤维。但主增强为再生纤维。再引入反应性热塑性树脂。这是液态树脂，我们浸渍增强体。再经固化类工艺，常温常压得成品。工艺相对低温、常压，得良好部件。

CW: P2T关键在于你描述的“反应性热塑性树脂”。能为听众多解释下？

JM: 反应性热塑性某方面似热固性树脂。制件前即时混合，两三液态组分混合，随时间和少许温度聚合成真正热塑性。正是热塑性特性允许后续回收。反应性热塑性优于传统热塑性在于：我们在包裹增强纤维的同时原位生成热塑性，极低粘度，可用传统热固性类工艺成型。无需熔融热塑性注入纤维预制件或热塑性预浸料（纤维与热塑性已复合）在金属模具高温高压重熔。避免了热塑性熔点以上加工所需复杂昂贵模具、避免熔融热塑性高粘度导致模腔内增强体变形位移。

CW: 这意味着成本节约、时间节约，对生产影响大……

JM: 正是。生产法类似传统热固性，但模具成本远低于传统热塑性要求。这对大多数客户是大优势。不想为热塑性模具或单纯热塑性模具大额前期投资。

CW: 所以这被视为大批量生产赋能器？

JM: 当然，我们信其赋能高产量。循环时间比传统热固性短，无需升温保温冷却再翻模。用此工艺比传统烤箱/热压罐固化部件有速率优势。

CW: 当然，激动人心的是二级部件还能再回收。那三级部件在材料生命周期中有何特征？

JM: 二级部件为真热塑性，可重塑他形，典型切碎成小块，置于加热模腔间压制成新形状。可将所有冗余二级部件、二级生产废料重塑为另一纤维增强塑料/聚合物部件。

CW: 由此三级部件不一定是材料终点……

JM: 正确……我们认为三级部件因热塑性可近乎无限次重塑。切碎成模塑颗粒有纤维损耗率……部分力学性能下降，但刚度、热膨胀系数、热变形温度等基本保持。仍得高质量纤维增强部件——非原始连续纤维甚至较长纤维强度——但刚度、热膨胀、耐温优势仍在，值得反复再加工三级部件。