热固性预浸料作为复合材料的核心中间体，其孔隙率直接决定最终制品的力学性能与耐久性。当前，行业普遍面临孔隙率控制精度不足、工艺稳定性差、生产效率低等瓶颈。本文从材料体系设计、制备工艺创新、过程参数优化及工业化生产管控四个维度，系统阐述低孔隙率热固性预浸料的关键技术突破与产业化应用路径。
一、材料体系优化与界面调控
低孔隙率预浸料的核心在于树脂与纤维的界面匹配性。通过纳米粒子改性技术，在环氧树脂基体中引入1%-3%的纳米二氧化硅或氧化铝，可降低树脂熔体黏度15%-20%，同时提升界面剪切强度（IFSS）40%以上。界面偶联剂处理是另一关键技术，采用硅烷偶联剂KH-550对碳纤维进行等离子体预处理，可使纤维表面能提升至65mJ/m以上，树脂润湿角从100°降至30°以下，显著改善纤维浸润性。此外，树脂配方优化亦不可忽视，通过调整双氰胺类固化剂与促进剂比例，可延长预浸料常温储存期至12个月，同时将固化温度窗口从±5℃扩展至±8℃，提升工艺容错率。
二、制备工艺创新与设备升级
热熔法工艺因树脂含量控制精度高、挥发分低，成为低孔隙率预浸料的主流制备技术。采用两步法热熔工艺，先通过制膜机将熔融树脂均匀涂覆在离型纸上制成0.1-0.3mm厚的胶膜，再与纤维织物以“三明治”结构叠合，经120-150℃高温热压复合，可使预浸料空隙率稳定控制在0.5%以下。为进一步提升工艺效率，开发多级展纤辊组与超声振动辅助展纤技术，可将碳纤维束展宽至25mm以上，纤维体积分数波动从±4%降至±1%，同时通过20kHz超声振动破坏树脂表面张力，使浸渍压力降低30%仍能实现完全渗透。
三、过程参数精准控制与缺陷抑制
孔隙率控制的核心在于温度、压力、速度三要素的协同优化。在熔融浸渍阶段，采用三段式温度梯度设计：预热段320-340℃消除树脂内应力，熔融段360-380℃控制黏度在400-600Pa·s，保温段350-360℃消除温度梯度引发的固化不均。浸渍压力与纤维线速度需建立动态匹配模型，当线速度为12m/min时，最优压力为2.3MPa，此时树脂渗透深度可达纤维束直径的92%。针对孔隙缺陷的源头治理，开发三级真空脱气系统，将树脂熔体中的挥发分残留量从0.8%降至0.05%，同时通过在PPS基体中引入5%纳米氧化铝成核剂，使结晶收缩孔隙率从4.2%降至1.8%。
四、工业化生产管控与质量追溯
为满足大规模生产需求，需构建全流程数字化管控体系。在预浸料收卷阶段，采用在线红外测厚仪与激光轮廓仪，实时监测厚度均匀性与表面平整度，波动范围控制在±3μm以内。固化过程采用分段式温度控制模具，结合真空辅助成型技术，使制品孔隙率从2.1%降至0.45%。为提升生产效率，开发自动化铺带设备，铺放速度可达50m/min，材料利用率从65%提升至92%。此外，建立孔隙率-工艺参数映射模型，通过响应面法（RSM）优化工艺窗口，使PA6/碳纤维预浸料生产效率提升2.8倍，孔隙率稳定控制在0.8%以下。
结语
低孔隙率热固性预浸料的制备需从材料设计、工艺创新、参数优化到生产管控形成闭环技术体系。未来，随着纳米改性树脂、智能铺放设备及数字孪生技术的深度融合，预浸料孔隙率有望进一步降至0.3%以下，推动航空航天、新能源汽车等领域复合材料结构件性能实现跨越式提升。同时，生物基树脂与回收碳纤维的应用，将为行业可持续发展提供新的技术路径。
