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、汽車工業產品方面已廣為人知，隨著碳纖維的發展及碳纖維價格的下降(descend)，一些新的市場正迅速發展。碳纖維配件一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經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(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（strength)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。碳纖維生產傳統的玻璃纖維相比，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，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。由于國內技術能力的限制（limit），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(Produce)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。 123,123
 
　　究其原因，我國碳纖維生產及下游（比喻落后的地位)產品(Product)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(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（strength)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(benefit)。據悉，常州今創集團的相關(related)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(Material)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,通常可獲得高碳纖維含量的復合材料，環氧(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力和成本,并且要求操作控制人員有比較高的技術水平，生產效率不高。手糊成型工藝，它是依次在模具（稱號：工業之母）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,通常可能（maybe)較分子量高的樹脂有害于人的健康和安全。
　　碳(C)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（research)、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(Produce)和制造均不同于傳統金屬，無論是結 構設計、材料選擇(xuanze)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(Emerson)，碳纖維復合材料才可能（maybe)降低造價及廣泛(extensive)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。碳纖維制品就是指以碳纖維預浸布為原材料，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(pattern)以推動上游生產(Produce)工藝改良和下游（比喻落后的地位)制造與應用。

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