碳纖維制品加工工藝及前景探討

        碳纖維被用于航天軍工、體育用品、汽車工業產品方面已廣為人知，隨著碳纖維大絲束的發展及碳纖維價格的下降，一些新的市場正迅速發展。目前碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶持的新產品，成為國內新材料行業研發的熱點，因此碳纖維復合材料有了很好的發展及應用前景。

　　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、陶瓷等基體結合作為復合材料使用，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，其中環氧樹脂基碳纖維復合材料被廣泛應用于汽車工業、軌道交通、醫療器械、體育器材等高強度減重結構部件，此外碳纖維材料在石油、冶金、紡織等領域的應用也相當廣泛。由于國內技術能力的限制，目前我國高端碳纖維材料仍依賴進口，并形成國內深加工的現象。目前國內從事碳纖維復合材料制品的生產廠家多達數千家，但是由于產能產量的原因，碳纖維制品仍需大量進口。據相關報道顯示，2014年上半年我國碳纖維及制品進口量為5513.2噸，年進口量在一萬噸左右，進口依存度依舊在高位徘徊。  　　究其原因，我國碳纖維生產及下游產品制造技術仍落后于美、日及其他歐美等國家。目前，國內碳纖維復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)是國內碳纖維下游制造企業常用的一種成型工藝，成型后的制件性能優良，適合年產量在5萬套左右的部件。是世界上公認的低成本復合材料成型技術，該技術發展很快，并已在汽車工業上廣泛采用。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構部件。該結構件長780mm，腰高42mm，腰厚6mm，腿寬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、壽命長等優點，為列車輕量化發展產生較大經濟效益。據悉，常州今創集團的相關列車結構部件也已在該公司進行研發試樣階段。

　　此外，真空袋壓也是碳纖維復合材料制品生產的工藝之一，該工藝的主要優點是采用普通濕法鋪層技術,通�？色@得高碳纖維含量的復合材料，環氧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,并且要求操作人員有較高的技術水平，生產效率不高。手糊成型工藝，它是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的環氧樹脂(膠衣凝膠后涂覆)和碳纖維,手持輥子或刷子使環氧樹脂浸漬碳纖維,并驅除氣泡,壓實基層。鋪層操作反復多次,直到達到制品的設計厚度。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，可制造大型制品。主要缺點是屬于勞動密集型生產,制品質量由工人技術熟練程度決定，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。

　　碳纖維復合材料產品的制造技術涉及材料、設計和工藝三方面，這三方面互相影響，不可缺少。國內碳纖維材料經過近40年的研究、應用及發展，雖然取得了長足的進步，但是由于成本及回收等因素，發展進度仍令人堪憂。從目前來看，除了成本因素外，碳纖維復合材料的生產和制造均不同于傳統金屬，無論是結構設計、材料選擇還是工藝制造均缺乏經驗和數據積累，也缺少新的設計標準。另外，只有徹底解決了回收利用問題，碳纖維復合材料才可能降低造價及廣泛利用。

　　隨著碳纖維制備技術、碳纖維表面處理技術的進一步發展，環氧樹脂/碳纖維復合材料的綜合性能還將會得到提高，并將極大地推動環氧樹脂/碳纖維復合材料的發展,并有效地拓寬環氧樹脂/碳纖維復合材料的應用領域。目前，國家已在戰略層面上加強了對碳纖維產業的重視和扶持，并構建平臺，大力開展產學研合作模式以推動上游生產工藝改良和下游制造與應用。

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