预浸料碳纤维 vs 干碳纤维：从制造现场出发的工艺对比

在复合材料制造中，选择预浸料（Prepreg）还是干碳纤维工艺，从来不是品牌偏好，也不是“高端或低端”的标签问题，而是一个明确的工程决策。

预浸料碳纤维与干碳纤维（湿法铺层或真空灌注）代表了两种完全不同的树脂控制逻辑、工艺稳定性路径以及成本结构。二者都已经被长期、大规模验证，但它们解决的问题并不相同。

本文不从营销角度讨论优劣，而是从材料行为、工艺物理、质量控制和生产经济性出发，说明工程师在真实项目中是如何做出选择的。

什么是预浸料碳纤维（Prepreg）？

预浸料碳纤维，是指已经在材料端完成树脂浸润的增强材料，可以是单向带、机织布或多轴向织物。所用树脂通常为环氧体系，也包括 BMI、酚醛等高性能体系。

在预浸料制造过程中，碳纤维丝束通过精密的上胶系统，以严格控制的比例涂覆树脂膜，随后将树脂推进到 B 阶段（半固化状态）。此时材料具有一定粘性，便于铺放，但化学反应尚未完成。

为了防止进一步反应，预浸料必须在低温环境（通常 –18 °C）下储存。

从制造角度看，预浸料进入模具之前，树脂含量、纤维排列和材料一致性已经被锁定。工厂不再“制造材料”，而是专注于“成型结构”。

什么是干碳纤维工艺？

干碳纤维指未含树脂的增强材料，形式包括：

• 单向布

• 机织布

• 多轴向缝编布（NCF）

树脂是在零件制造阶段引入，主要通过两种方式：

• 湿法铺层：人工刷涂或滚涂树脂

• 真空灌注（VARTM）：在真空条件下将低粘度树脂吸入干纤维层

与预浸料不同，干法工艺中树脂含量和分布由模具端工艺决定，而不是材料供应商决定。这带来了灵活性，也带来了更高的过程责任。

树脂控制与纤维体积分数：决定性能上限的核心差异

真正拉开两种工艺性能差距的，不是“用的纤维是不是一样”，而是树脂管理方式。

预浸料在出厂时已经完成精确配比。航空级预浸料通常可以稳定实现 55–65% 的纤维体积分数，批次间波动极小。这种一致性，直接转化为：

• 可预测的刚度

• 稳定的强度

• 可重复的疲劳性能

干碳纤维工艺中，纤维体积分数通常落在 40–55% 区间，并且对以下因素高度敏感：

• 真空质量

• 树脂粘度与反应窗口

• 织物结构

• 操作人员经验

为确保完全浸润，实际生产中往往需要额外树脂裕量，这部分重量并不参与承载。

这也是为什么，在同等纤维条件下，预浸料结构几乎总能实现更高的强度/重量比。

制造流程对比：控制点完全不同

预浸料制造路径

预浸料工艺遵循高度结构化的流程：

1. 冷库取料与受控回温

2. 裁剪与铺层方向控制

3. 手工铺放或 ATL / AFP 自动铺放

4. 多次抽真空与排气

5. 真空袋封装

6. 高温高压固化（釜压 / 热压 / 烘箱）

7. 受控冷却、脱模、修边

由于树脂已经均匀存在，制造关注点集中在：

• 纤维放置精度

• 压实压力

• 固化曲线

干碳纤维制造路径

干法工艺的流程顺序几乎完全相反：

1. 干布裁剪与堆叠

2. 铺设脱模布、导流介质、真空管路

3. 真空袋封装与漏气检测

4. 树脂配制

5. 灌注与流动控制

6. 真空下固化（室温或加热）

此时，树脂流动行为成为决定性因素。任何真空泄漏、流道设计失误或树脂提前凝胶，都会直接导致结构报废。

固化方式与设备要求

预浸料体系通常需要：

• 120–180 °C 的固化温度

• 3–7 bar 的外压

• 高压釜或精密热压系统

这也是其能实现极低孔隙率与优异表面质量的原因。

部分 OOA（Out-of-Autoclave）预浸料可在真空炉中固化，但依然对温控要求严格。

干碳纤维通常只依赖真空压差（≈1 bar），固化温度较低，设备门槛明显更低，但压实能力受限。

仓储、物流与生产组织

这是很多工程项目的决定性现实因素。

• 预浸料必须冷链储存

• 有明确的出库时间与操作窗口

• 超期即报废

干碳纤维织物可在常温下长期储存，树脂单独管理，灵活性极高。

对于大尺寸结构、多工厂协作或现场制造项目，这一点往往直接决定是否可行。

力学性能与耐温能力

在可重复性前提下，预浸料层合板几乎总是性能上限方案：

• 更高拉伸与压缩强度

• 更稳定的疲劳寿命

• 更好的层间性能

同时，预浸料常配合 高 Tg 树脂体系，适用于高温服役或发动机邻近结构。

干法结构在优秀工艺控制下可以接近预浸料性能，但统计离散性更大，工程裕量必须更保守。

成本结构：不是“贵或便宜”这么简单

预浸料成本高，不仅体现在材料单价，还包括：

• 冷库

• 高压釜

• 能耗

• 报废风险

但它显著降低了：

• 返工概率

• 性能不确定性

• 认证风险

干碳纤维工艺在以下场景极具优势：

• 大型结构

• 低至中等批量

• 对极限性能不敏感的应用

这里，灌注工艺往往是整体成本最低的可行解。

行业应用分布（现实版）

预浸料主导领域：

• 航空航天主承力结构

• 赛车与高性能汽车

• 航天器与高压容器

• 高端体育器材

干碳纤维主导领域：

• 风电叶片

• 船体与甲板

• 汽车外覆盖件

• 建筑与工业结构

• 修补与现场制造

质量控制与缺陷风险

预浸料的优势在于上游锁定变量，更利于认证与一致性管理。

干法工艺则高度依赖：

• 操作纪律

• 过程监控

• 经验积累

一旦发生干斑或流动失效，通常无法修复。

最终工程结论

预浸料与干碳纤维不是竞争关系，而是工具箱中的不同工具。

• 预浸料解决的是：一致性、性能上限与认证信心

• 干碳纤维解决的是：规模、灵活性与成本约束

真正成熟的复合材料项目，从来不是“只选一种工艺”，而是清楚知道哪一段结构，用哪一种方法最合适。

工程能力，体现在这种判断上，而不在材料标签上。