碳纖維製品加工的前景
碳纖維被用於航天軍工、體育用品、汽車工業產品方麵已廣為人知,隨(suí)著碳纖維大絲束的(de)發(fā)展及碳纖維價(jià)格的下降,一些新(xīn)的(de)市(shì)場正迅速發展。目前(qián)碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶(fú)持的新產品,成為(wéi)國內新材料行業研發的熱點,因此碳纖維複合材(cái)料有了很好的發展及(jí)應用前景。
碳纖維是一種纖維狀的碳(tàn)素材料,含碳量在95%以上,通常與(yǔ)樹脂、金屬、陶瓷等基(jī)體結合作為(wéi)複合材料使用,一般不單獨使用,與傳統金屬材料相 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)氧樹脂基碳纖維複合材料被廣泛應用於汽車工業、軌道交通、醫療(liáo)器械、體育器材等高強 度減重結構(gòu)部件,此外碳纖維材料在石(shí)油、冶金、紡織等領域的應用也相當廣泛。由(yóu)於國內技術能(néng)力的限製,目前我國高端碳纖維(wéi)材(cái)料仍依賴進口,並形成國內深加 工的現象。目前國內從事碳纖維複合材料製品的生產廠家多達數千家,但是由於(yú)產能產量的原(yuán)因,碳纖維製品仍需大量進口。據相關(guān)報道顯示,2014年上半年我 國碳纖維(wéi)及製品進口量為5513.2噸(dūn),年進口量在一萬噸左右,進口依(yī)存度依舊在高位徘徊。
究其原因,我國碳纖維生產及下遊產品製(zhì)造技術仍落後於美、日(rì)及(jí)其(qí)他歐美等國家。目前(qián),國內碳纖維複合材料的成型工藝主(zhǔ)要有手糊成型工藝、纏繞成 型工藝、拉(lā)擠成型(xíng)工藝、樹脂傳遞(dì)模(mó)塑成型工藝(yì)和模壓工藝。而樹脂傳遞模塑(sù)成型工藝(RTM)是國內碳纖維下遊(yóu)製造企業(yè)常用的一種(zhǒng)成型工藝,成型後的製件性 能優良,適合年產量在5萬套(tào)左(zuǒ)右的部件。是世界上公認的低成本複合材料成型技術,該技術發展很快,並已在汽車工業上廣泛采用。如無錫威(wēi)盛(shèng)新(xīn)材料(liào)科技有限公 司為中國中車集團製造的一款工字形碳纖維結構部件(jiàn)。該結(jié)構件長(zhǎng)780mm,腰高42mm,腰厚(hòu)6mm,腿寬(kuān)52mm,經檢測強度遠超原工字鋼,且重量僅為 750g,有效減重達62%,該部件具有耐酸堿等腐蝕、密度小、壽命長等(děng)優點,為列車輕量化發展(zhǎn)產生較大經濟效益。據悉,常州(zhōu)今創集團的相關列車結構部件 也已在該公司進(jìn)行研發試樣階段。
此外,真空袋壓也是碳纖(xiān)維複合材料製品生產的工藝之一,該工(gōng)藝(yì)的主要優點(diǎn)是采用普通濕(shī)法(fǎ)鋪層技術,通常可獲得高碳纖(xiān)維含量的複合材料,環氧(yǎng)樹脂 可較好地浸漬碳纖維。主要缺點是額外的工藝過程增加了勞動力和成本,並且要求操作(zuò)人員有較高的技術水平,生產效率不高。手糊成型工藝,它是依次在模具型(xíng)腔 表麵塗布或鋪迭脫(tuō)模劑、膠衣、粘度適中的環氧樹脂(膠衣凝膠後塗覆)和碳纖維,手持輥子或刷子(zǐ)使環氧樹脂(zhī)浸漬碳纖維,並驅除氣泡(pào),壓實基層。鋪層操作反複 多(duō)次,直到達到製品的設(shè)計(jì)厚度。該工藝的主要優點是可室溫成型,設備投資少,模具折舊費低,可製造大型(xíng)製品。主要缺點是屬於勞動密集型(xíng)生產,製品質量由工 人技術熟練程度決定,手糊用(yòng)樹脂分子量低,通(tōng)常(cháng)可能較分子(zǐ)量高的(de)樹脂有害於人的健康和安全。
碳纖(xiān)維複合材料(liào)產品的製造技(jì)術涉及材料、設計和工藝三(sān)方麵,這三方麵互相影響,不可缺少。國內碳纖維(wéi)材料經過近40年的研究、應(yīng)用及發展,雖然 取得了長足的進步,但是由於成本及回收等因素,發(fā)展進度仍令人堪憂。從目前來看,除了成本因素外(wài),碳纖維複合(hé)材料的生(shēng)產和製(zhì)造均不同於傳統金屬,無論是(shì)結 構設計(jì)、材料選擇還是工藝製造均缺乏經驗和數據積累,也缺少新的設計標準。另外,隻有徹底解決了回收利用問題,碳纖維(wéi)複合材料才可能降低造價及廣泛利(lì)用。
隨著碳纖維製備技術、碳纖維表麵處(chù)理技術的進一(yī)步發展(zhǎn),環氧樹脂/碳纖(xiān)維複合材料的綜合性能還將會得到提高(gāo),並將極大地推動(dòng)環氧樹脂/碳纖維複 合材(cái)料的發展,並有效地拓寬環氧樹(shù)脂(zhī)/碳纖維複(fù)合(hé)材(cái)料的應用(yòng)領域。目前,國家已在戰略(luè)層麵(miàn)上加強了對碳纖維產業的重視(shì)和扶持,並構建平台,大力開展產學研 合作模式以推動上遊生產工藝改良(liáng)和下遊製造與應用(yòng)。