2018年碳纖維的幾種技術突破介紹

  • 2019-06-13
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碳纖維復合材料在航天材料和汽車等高端設備中均有戰略意義。在2018年我國的碳纖維研究也取得了幾項重大的進步,我國的碳纖維行業從原材料到復合材料均出現了大的進步。今天為大家總結了幾項重要的研究成果。


碳纖維復合材料在航天材料和汽車等高端設備中均有戰略意義。在2018年我國的碳纖維研究也取得了幾項重大的進步,我國的碳纖維行業從原材料到復合材料均出現了大的進步。今天為大家總結了幾項重要的研究成果。

碳纖維原材料生產——“干噴濕紡關鍵技術”

東華大學材料學院陳惠芳科研團隊聯合中復神鷹碳纖維有限責任公司完成的“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化關鍵技術及應用”項目。

該項目突破干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化關鍵技術,實現了國產碳纖維的批量供應,填補了國內以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產技術的空白,打破了國外高性能碳纖維企業在中國市場的長期壟斷。取得干噴濕紡關鍵技術突破后,研究團隊開發了均質聚合系統、高效環保脫單、穩定干噴濕紡、節能預氧化的成套技術,最終中國首個采用干噴濕紡工藝的千噸級碳纖維生產線正式投產,制備出能與國際同類產品性能相當的碳纖維產品。

目前世界只有少數國家掌握碳纖維干噴濕法工業化生產技術,干噴濕法紡絲有更快的紡絲速度,提高的生產效率對于降低碳纖維成本有重大的意義,特別是對碳纖維高耗能的預氧化和高溫碳化也可以降低能耗從而降低生產成本,這對于中國國產碳纖維下一步批量化民用市場的拓展打開了一扇窗。

碳纖維加工——碳纖維復合材料加工損傷抑制原理

碳纖維復合材料屬于典型的難加工材料,加工過程中極易產生毛刺、撕裂、分層等加工損傷,難以滿足碳纖維復合材料構件的高性能要求,阻礙了這種高性能材料的推廣應用,限制了裝備性能的提升。

獲得國家技術發明一等獎的大連理工大學賈振元教授團隊從碳纖維復合材料加工去除機理和加工損傷產生機制出發,提出了“微元去除”和“反向剪切”加工損傷抑制原理,研制出三類9個系列制孔、銑削等系列加工工具。這種擁有自主知識產權的新工具,使碳纖維復合材料加工損傷由厘米量級減至0.1毫米以內,加工理論與技術進入國際領先水平。這種新型刀具壽命為進口產品的2-7倍,價格則降至1/6-1/4,該系列技術也由此獲得多項發明專利。該團隊還研發出多臺/套高性能碳纖維復合材料數控加工工藝裝備為我國航空航天許多重點型號關鍵復合材料構件提供服務,為關鍵復合材料構件解決了加工技術難題。低損傷加工技術能夠保證關鍵部件的性能,有助于碳纖維復合材料在航空、航天、交通運輸等領域的推廣應用。

碳纖維應用——熱塑性碳纖維復合材料的批量生產

發展連續碳纖維增強高性能復合材料預浸料并非易事,國外的連續碳纖維增強高性能熱塑性復合材料技術成果早就市場化了,但其核心制造技術及相關的裝備都被嚴格保密起來,對中國還實施更嚴茍的封鎖政策。目前,大多數企業、科研院和進出口貿易公司都只能靠少量的進口,并為其承擔了更高的應用成本。以連續碳纖維增強PEEK預浸料為例,國外售價折合人民幣約5500元/kg,國內企業購買所涉及的限制采購、關稅、運輸等煩瑣問題將實際價格進一步推高,拿到手的實際價格差不多是成本價格的2-3倍。這就極大地限制了市場對此類產品的大范圍深入應用。因此,國內要發展高性能連續碳纖維增強熱塑性預浸料只能靠自己。

連續碳纖維增強熱塑性預浸料進入批量化生產后將打破國外的壟斷局面,彌補國內相關領域與國外的差距,相對更加低廉的價格也可以擴大其在交通運輸、醫療設備、民用器械等領域的深入應用,使高性能碳纖維熱塑性復合材料真正地進入產業化時代。

從上個世紀開始,碳纖維的研究和應用已經成為復合材料應用的重要方面,隨著國內對碳纖維原材料的生產技術的不斷改進和進步,碳纖維也會出現新的應用領域。


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