碳纖維制品加工工藝及前景

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         碳(C)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，隨著碳纖維的發(fā)展及碳纖維價(jià)格的下降(descend)，一些新的市場正迅速發(fā)展。碳纖維配件一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。目前碳纖維已被列為國家化纖行業(yè)重點(diǎn)扶持的新產(chǎn)品，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)，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(C)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(Resin)、金屬、陶瓷等基體結(jié)合作為復(fù)合材料使用，一般不單獨(dú)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(qiáng)度（strength)可達(dá)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(qiáng) 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)用也相當(dāng)廣泛。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。由于國內(nèi)技術(shù)能力的限制（limit），目前我國高端碳纖維材料仍依賴進(jìn)口，并形成國內(nèi)深加 工的現(xiàn)象。目前國內(nèi)從事碳纖維復(fù)合材料制品的生產(chǎn)(Produce)廠家多達(dá)數(shù)千家，但是由于產(chǎn)能產(chǎn)量的原因，碳纖維制品仍需大量進(jìn)口。據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，2014年上半年我 國碳纖維及制品進(jìn)口量為5513.2噸，年進(jìn)口量在一萬噸左右，進(jìn)口依存度依舊在高位徘徊。 123,123
 
　　究其原因，我國碳纖維生產(chǎn)及下游（比喻落后的地位)產(chǎn)品(Product)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)合材料的成型工藝主要有手糊成型工藝、纏繞成 型工藝、拉擠成型工藝、樹脂(Resin)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)碳纖維下游制造企業(yè)常用的一種成型工藝，成型后的制件性 能優(yōu)良，適合年產(chǎn)量在5萬套左右的部件。是世界上公認(rèn)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(tuán)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(qiáng)度（strength)遠(yuǎn)超原工字鋼，且重量僅為 750g，有效減重達(dá)62%，該部件具有耐酸堿等腐蝕、密度小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，為列車輕量化發(fā)展產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)效益(benefit)。據(jù)悉，常州今創(chuàng)集團(tuán)的相關(guān)(related)列車結(jié)構(gòu)部件 也已在該公司進(jìn)行研發(fā)試樣階段。
　　此外，真空袋壓也是碳纖維復(fù)合材料(Material)制品生產(chǎn)的工藝之一，該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是采用普通濕法鋪層技術(shù),通?？色@得高碳纖維含量的復(fù)合材料，環(huán)氧(Oxygen)樹脂 可較好地浸漬碳纖維。主要不好的地方是額外的工藝過程增加了勞動(dòng)力和成本,并且要求操作控制人員有比較高的技術(shù)水平，生產(chǎn)效率不高。手糊成型工藝，它是依次在模具（稱號(hào)：工業(yè)之母）型腔 表面涂布或鋪迭脫模劑、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?zhàn)踊蛩⒆邮弓h(huán)氧樹脂浸漬碳纖維,并驅(qū)除氣泡,壓實(shí)基層。鋪層操作反復(fù) 多次,直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是可室溫成型,設(shè)備投資少,模具折舊費(fèi)低，可制造大型制品。主要缺點(diǎn)是屬于勞動(dòng)密集型生產(chǎn),制品質(zhì)量由工 人技術(shù)熟練程度決定，手糊用樹脂分子量低,通?？赡埽╩aybe)較分子量高的樹脂有害于人的健康和安全。
　　碳(C)纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)涉及材料、設(shè)計(jì)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（research)、應(yīng)用及發(fā)展，雖然 取得了長足的進(jìn)步，但是由于成本及回收等因素，發(fā)展進(jìn)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)(Produce)和制造均不同于傳統(tǒng)金屬，無論是結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇(xuanze)還是工藝制造均缺乏經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累，也缺少新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，只有徹底解決了回收利用問題(Emerson)，碳纖維復(fù)合材料才可能（maybe)降低造價(jià)及廣泛(extensive)利用。
　　隨著碳纖維制備技術(shù)、碳纖維表面處理技術(shù)的進(jìn)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(huì)得到提高，并將極大地推動(dòng)環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù) 合材料的發(fā)展,并有效地拓寬環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。目前，國家已在戰(zhàn)略層面上加強(qiáng)了對碳纖維產(chǎn)業(yè)的重視和扶持，并構(gòu)建平臺(tái)，大力開展產(chǎn)學(xué)研 合作模式(pattern)以推動(dòng)上游生產(chǎn)(Produce)工藝改良和下游（比喻落后的地位)制造與應(yīng)用。

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