热塑性环氧树脂工业化：创新突破与多元应用

Cecence（英国索尔兹伯里）成立于2014年，由三位在复合材料领域深耕数十年的创始人创立。总监Mike Orange在碳纤维增强聚合物（CFRP）游艇索具和桅杆方面经验丰富；创新总监Humphrey Bunyan曾任Future Fibres（西班牙瓦伦西亚）创新总监，该公司为美洲杯赛艇及F1赛车制造全复合材料索具和固定车轮的CFRP系绳。

“我们理解轻量化优势，但合作的其他行业缺乏经验，在成本、制造规模化和防火法规上举步维艰，”Orange表示。

核心使命：防火、工业化、可持续

Cecence（读音“see-sense”，寓意碳纤维复合材料的常识）专注于防火、工业化制造和可持续性。成果包括：为客机开发的压缩成型碳纤维/生物树脂复合座椅靠背，重仅7.5公斤，厚度<20毫米，在满足所有火烟毒（FST）要求的同时增加乘客空间和舒适度。

此前项目中，Cecence与英国预浸料商FTI合作开发速固酚醛树脂，将经济舱座椅靠背热压成型周期从2.5小时缩短至7分钟。最新座椅靠背采用SHD Composites开发的聚呋喃醇（PFA）树脂预浸料，PFA是源自生物质的热固性聚合物，性能媲美酚醛树脂，表面加工性和可持续性优异。

热塑性环氧树脂技术突破

制造速度和可持续性是Cecence接触热塑性环氧树脂体系的关键因素。Orange解释：“这种聚合物链端带有环氧基团的热塑性树脂原被一家织物公司使用，却未发掘其在复合材料中的潜力。”

Bunyan补充：“我们立即认识到低粘度热塑性树脂能优异浸润纤维、实现热成型环氧树脂的优势。”Cecence以此开发预浸料及K_Series产品族：可盘绕K_Rod、厚度0.25-1.98mm半预浸料K_Plate、K_Chip模塑料。压模成型周期<3分钟，并开发出满足飞机内饰FST要求的阻燃型。还利用该材料开发复合架空线设备（COHLE）系统，使电气化铁路支撑塔/杆减半，每公里安装运营成本降低£10万（约$12.4万）。

热成型环氧树脂：双重特性的融合

Bunyan解释：“典型热塑性树脂粘度高、难浸润纤维。但K_Series热成型环氧树脂在100°C下粘度仅80厘泊，可实现玻纤、碳纤维和天然纤维增强材料的优异预浸，树脂纤维分布均匀，纤维重量含量通常60%。还可使用环氧体系上浆剂，这与热塑性树脂通常不兼容。”该体系属真正热塑性，可在180-200°C下重塑成品，无化学反应或放热。

Orange指出：“像环氧树脂一样，它与纤维粘结良好，模具高压下也无纤维与基体分离。”这解决了短切纤维增强PA和PP化合物的纤维拔出问题。K_Plate加工温度150-220°C，短时耐温100°C、长期90°C；K_Chip在240°C压模。K_Series的Tg和热变形温度低于典型环氧树脂，但这正是重塑和回收可行的原因。工艺极快：2016年JEC展上与RocTool合作演示汽车引擎盖成型周期仅2分40秒，保压仅25秒，哑光/光面表面质量最佳。

K_Series产品中的环氧成分使复合件易于喷涂和粘接，无需传统热塑性树脂要求的特殊底漆和处理。“可用标准胶粘剂二次粘接，”Bunyan说，“层间剪切性能好，整体制得坚韧、吸能结构，得益于热塑性特性。”

CFRP拉索：降低电气化铁路成本

该热塑性环氧树脂的双重特性在Cecence开发的架空线设备（OHLE）系统中得到体现，采用K_Rod制造的CFRP拉索。拉索和承载电流的接触线是电气化铁路OHLE的两根主线。电力通过列车顶部的受电弓传递，受电弓上压接触线。Orange解释：“拉索像悬索桥一样悬挂在每25米间距的塔柱间，铜接触线通过垂直吊线悬挂于拉索下。”

“采用K_Rod张力缆作拉索，仅需悬挂在铜接触线上方70毫米，”Orange指出，“系统更紧凑，视觉影响大幅降低。”传统OHLE用钢拉索随温度变长，夏季每公里伸长达400mm，需混凝土配重滑轮自动张紧，增加成本。钢缆重量和下垂致使塔柱密集。CFRP缆线夏季每公里仅伸长7mm，碳纤维近零热膨胀实现热稳定，重量减轻80%，无下垂，塔柱间距可达50米，塔柱数量减半。每根塔柱配悬臂横臂和拉索，进一步节省成本。

传统OHLE全金属部件需加绝缘子防止漏电。“Cecence COHLE无需全部绝缘子，采用非导电玻纤复合塔柱、横臂和拉索，”Orange解释，“中间吊线用3D打印PLA。复合塔柱免喷漆、耐腐蚀、维护更少。”

“热塑性环氧树脂在CFRP拉索中起关键作用，”他继续，“碳纤维K_Rod芯和外包玻纤复合护套均用该树脂。结果是轻量、高强、绝缘、可盘绕的缆线，胶接入插座粘结良好，解决了碳纤维复合缆线终端接头难题。得益于芯材通过外包层向插座的惊人载荷传递，插座长度无需过大，现场铁路技工即可轻松安装。”

尽管CFRP缆线成本是钢拉索3倍，但Atkins测算整体系统成本从£51.2万/公里降至£41.3万/公里，全生命周期运维节省£40万至£340万/公里。原型件2019年5月交付，因新冠疫情推迟至2020年2月架设，2019年高级工程展展出并获Composites UK创新奖。

K_Series拓展应用与持续开发

除OHLE，Cecence还探索其他应用。K_Rod曾用作瑞士建设项目石质悬崖锚索，钻孔80米植入CFRP缆线灌浆，测试结果优异但学术合作伙伴未推向产业化。该系统耐腐蚀、载荷传递好，可用作飓风建筑地锚等。

YouTube和官网视频演示K_Plate热成型能力。与英国航天公司探讨可变几何/变形翼型应用。K_Chip用碳/玻纤/热塑性环氧混合材料开发经济型汽车材料，保持碳玻2:1比例经测试确认。开发出Tg 250-300°C、加工温度360-400°C的高温K_Series，用于汽车厂要求CFRP部件耐受180°C电泳漆工艺。K-FR材料通过飞机FST垂直燃烧、热释放和烟毒要求，正研究通过调节热塑性基体和弹性体层实现飞机客舱降噪。

第三位创始人、行业拓展总监Samantha Bunyan指出可回收性是关键开发领域。Cecence参与国家复合材料中心（英国布里斯托尔）运营的ReDisCoveR Composites联盟，2019年4月成立，沿回收、拆解、循环材料和再利用四条主线推进24个项目。“我们在探索部件拆解并证明热塑性复合材料真正可回收，”Bunyan说，“行业终被迫证明多年声称的可回收性。Cecence看到K_Series回收优势，但也须验证工艺和经济可行性。”

“我们相信可持续复合材料在大众运输（飞机内饰、座椅、轨道）有巨大空间，”Orange说，Cecence不只是开发合作伙伴还是制造商。“迄今已制造2500套A320型飞机复合座椅靠背，疫情前正按计划生产行业最轻最薄座椅靠背。座椅边角料可再制脚踏和扶手，回收料可替代辅助件原生塑料，降低化石燃料消耗和排放，助力电气化和可持续性。”

Samantha Bunyan总结：“可持续性三维：材料、工艺（快速低能耗）、供应链。我们在颠覆所有维度，与全球创新者合作——他们常被忽视，因众人只盯着大公司。世界需要行之有效的工业新方案，这正是Cecence所为。”