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碳纖維成品加工工藝及前景
發(fā)布時間: 2023年04月12日




         碳纖維被用于航天軍工、體育用品、汽車工業(yè)產(chǎn)品方面已廣為人知,隨著碳纖維大絲束的發(fā)展及碳纖維價格的降落,一些新的市場正敏捷發(fā)展。目前碳纖維已被列為國家化纖行業(yè)重點扶持的新產(chǎn)品,成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點,因此碳纖維復(fù)合材料有了很好的發(fā)展及應(yīng)用前景。

  碳纖維是一種纖維狀的碳素材料,含碳量在95%以上,通常與樹脂、金屬、陶瓷等基體結(jié)合作為復(fù)合材料使用,一樣平常不單獨使用,與傳統(tǒng)金屬材料相 比,碳纖維密度僅為鋼材的1/5,而強度可達鋼材的7-10倍,其中環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、軌道交通、醫(yī)療器械、體育器材等高強 度減重結(jié)構(gòu)部件,此外碳纖維材料在石油、冶金、紡織等領(lǐng)域的應(yīng)用也相稱廣泛。因為國內(nèi)技術(shù)能力的限定,目前我國高端碳纖維材料仍依靠進口,并形成國內(nèi)深加 工的征象。目前國內(nèi)從事碳纖維復(fù)合材料成品的生產(chǎn)廠家多達數(shù)千家,但是因為產(chǎn)能產(chǎn)量的緣故原由,碳纖維成品仍需大量進口。據(jù)相干報道表現(xiàn),2014年上半年我 國碳纖維及成品進口量為5513.2噸,年進口量在一萬噸左右,進口依存度仍舊在高位徜徉。
 

碳纖維工藝

  究其緣故原由,我國碳纖維生產(chǎn)及下流產(chǎn)品制造技術(shù)仍落后于美、日及其他歐美等國家。目前,國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料的成型工藝重要有手糊成型工藝、纏繞成 型工藝、拉擠成型工藝、樹脂傳遞模塑成型工藝和模壓工藝。而樹脂傳遞模塑成型工藝(RTM)是國內(nèi)碳纖維下流制造企業(yè)常用的一種成型工藝,成型后的制件性 能精良,適合年產(chǎn)量在5萬套左右的部件。是世界上公認的低成本復(fù)合材料成型技術(shù),該技術(shù)發(fā)展很快,并已在汽車工業(yè)上廣泛采用。如無錫威盛新材料科技有限公 司為中國中車集團制造的一款工字形碳纖維結(jié)構(gòu)部件。該結(jié)構(gòu)件長780mm,腰高42mm,腰厚6mm,腿寬52mm,經(jīng)檢測強度遠超原工字鋼,且重量僅為 750g,有用減重達62%,該部件具有耐酸堿等腐蝕、密度小、壽命長等好處,為列車輕量化發(fā)展產(chǎn)生較大經(jīng)濟效益。據(jù)悉,常州今創(chuàng)集團的相干列車結(jié)構(gòu)部件 也已在該公司進行研發(fā)試樣階段。

  此外,真空袋壓也是碳纖維復(fù)合材料成品生產(chǎn)的工藝之一,該工藝的重要好處是采用通俗濕法鋪層技術(shù),通常可獲得高碳纖維含量的復(fù)合材料,環(huán)氧樹脂 可較好地浸漬碳纖維。重要瑕玷是額外的工藝過程增長了勞動力和成本,并且要求操作人員有較高的技術(shù)水平,生產(chǎn)服從不高。手糊成型工藝,它是依次在模具型腔 外觀涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的環(huán)氧樹脂(膠衣凝膠后涂覆)和碳纖維,手持輥子或刷子使環(huán)氧樹脂浸漬碳纖維,并驅(qū)除氣泡,壓實下層。鋪層操作反復(fù) 多次,直到達到成品的設(shè)計厚度。該工藝的重要好處是可室溫成型,設(shè)備投資少,模具折舊費低,可制造大型成品。重要瑕玷是屬于勞動密集型生產(chǎn),成品質(zhì)量由工 人技術(shù)諳練程度決定,手糊用樹脂分子量低,通??赡茌^分子量高的樹脂有害于人的健康和安全。

  碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)涉及材料、設(shè)計和工藝三方面,這三方面互相影響,不可缺少。國內(nèi)碳纖維材料經(jīng)過近40年的研究、應(yīng)用及發(fā)展,雖然 取得了長足的提高,但是因為成本及回收等因素,發(fā)展進度仍令人堪憂。從目前來看,除了成本因素外,碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)和制造均不同于傳統(tǒng)金屬,無論是結(jié) 構(gòu)設(shè)計、材料選擇照舊工藝制造均缺乏經(jīng)驗和數(shù)據(jù)積累,也缺少新的設(shè)計標準。另外,只有徹底解決了回收行使題目,碳纖維復(fù)合材料才可能降低造價及廣泛行使。

  隨著碳纖維制備技術(shù)、碳纖維外觀處理技術(shù)的進一步發(fā)展,環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料的綜合性能還將會得到進步,并將極大地推動環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù) 合材料的發(fā)展,并有用地拓寬環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。目前,國家已在戰(zhàn)略層面上增強了對碳纖維產(chǎn)業(yè)的正視和扶持,并構(gòu)建平臺,大力開展產(chǎn)學(xué)研 合作模式以推動上游生產(chǎn)工藝改良和下流制造與應(yīng)用。

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