碳纖維復合材料加工工藝及發展狀況

2018-10-18 20:23


碳纖維是有機纖維纖維經預氧化、碳化成的纖維狀聚合物碳,既不屬于無機纖維,也不屬于有機纖維。它的性能優異,密度小、比強度高、模量高、耐高溫低溫、導電、導熱、X射線透過率高、除硝酸等少數強酸,幾乎對其它所有的化學物質表現的都很穩定。碳纖維通常不單獨使用,而是和樹脂基結合制成復合材料,可設計性強,能加工成各類產品使用于航天航空、體育用品、汽車制造、醫療器械等領域,深受人們歡迎。這里,相信很多人都對碳纖維復合材料加工工藝及發展狀況感興趣,下面,威盛新材小編就來給大家講一下。
 
一、碳纖維復合材料加工工藝
 
纏繞成型工藝:使用專門的纏繞設備將纖維浸漬樹脂后控制住張力連續纏繞在芯模上,然后在特定的溫度環境中固化成型。這種工藝特別適合生產有固定截面的管材,具體可細分為分環向纏繞和螺旋纏繞兩種。
 
拉擠成型工藝:將碳纖維與樹脂混合后經拉擠通過模具口成型。它是一種自動化連續生產工藝,和其它成型工藝相比,效率最高,特別適合生產有固定橫截面的管材、棒材或其它異型材。然而用此種方法制造的碳纖維復合材料表面無紋路,有些朋友無法區分。
 
手糊成型工藝:此種工藝以手工為主,機械為輔。先在模具上涂上一層脫模劑,方便后續取出產品,然后將碳纖維原料混合樹脂后置入模具中固化成型。適合多品種、小批量生產,不受產品種類和形狀的限制,然而效率較低、生產周期長。
 
樹脂傳遞模壓工藝:簡稱RTM,將碳纖維放入封閉的模具內,接著注入樹脂,整個過程需在真空的環境中進行,最后就是固化脫模了。RTM是復合材料常用的成型工藝,能生產出雙面光滑的產品,成型效率高,不會環境產生污染。
 
后處理工藝:有些碳纖維產品生產出來以后可能表面有殘留的樹脂白點或是凹凸不平,這就需要后處理。后處理主要有兩道工序,噴涂以及打磨,使其表面光滑平整有光澤。
二、碳纖維復合材料發展狀況
 
最早的碳纖維是1880年由美國發明家愛迪生研制成功的,他將竹子纖維碳化成絲,用作電燈絲,然而當時并沒有得到重視,很快就被烏絲代替了。20世紀50年代初,隨著空間技術的發展,需要具有優秀良性能的結構材料,許多工業發達國家開始重視碳纖維的研究工作。1962年日本研發出了聚丙烯腈基碳纖維并成立工業生產線。1970年以后東麗公司、東邦公司相繼參加聚丙烯睛基碳纖維的生產開發,形成2噸/年的規模。80年代出現了M30、M40、T1000等性能更優越的碳纖維,產量也從原來的2t增長到6000t,到21世紀初期,年產量超過30000t。
 
在歐美等發達國家,碳纖維復合材料產品已比較常見,中國的碳纖維行業相比之下發展較晚,始于20世紀70年代,不過在國家的大力支持下也取得了一定的成就。“十五”期間,國家設立了“高性能碳纖維關鍵技術專題”,“十二五”發展規劃中提出,將重點發展高性能復合材料,并將加快發展碳纖維等高性能增強纖維,“十三五”規劃中又提出,突破國產碳纖維低成本制備技術,實現國產碳纖維品種系列化、共同以多元化、產品規?;?。在市場和政策的推動下,國內涌現了一大批碳纖維下游產品制造企業,例如無錫威盛新材料有限公司,在碳纖維復合材料改性研發中獲突破性進展,目前材料已獲得英國BS6853以及歐盟4554阻燃標準,滿足國際軌道車輛制造要求。目前國內多家軌道交通設備廠商與其展開合作,為我國軌道車輛輕量化發展做出突出貢獻。
 
碳纖維復合材料在軍事和民用領域的迅速發展,使它的需求量逐步增多。航空航天、艦船和地面兵器等領域,它是的最重要、最基礎的結構材料。隨著科技的發展,其市場迅速擴展到交通運輸(汽車、火車列車等)、基礎工程建設(橋梁、公路設施等)、海洋工程(海上采油平臺、近海岸工程設施等)、能源、休育器材、機械制造(機械手、機械臂、傳動軸等)、醫療器械(醫療板、頭托、乳腺支架)等領域。
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