了解碳纖維及復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)

碳纖維分為PAN基碳纖維、粘膠基碳纖維和瀝青基碳纖維，其間PAN基碳纖維市場占有率逾越90%，其出產(chǎn)流程包含纖維紡絲，預(yù)氧化、碳化，復(fù)合成型和回收運(yùn)用等流程。

　　原絲出產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

　　原絲的高純化、高強(qiáng)化、致密化以及外表光潔是制備高功用碳纖維的首要條件。在PAN基碳纖維出產(chǎn)中，原絲約占總本錢的50%～60%，原絲質(zhì)量既影響碳纖維的質(zhì)量，又制約其出產(chǎn)本錢。

碳纖維布

　　原絲出產(chǎn)包含聚合和紡絲。原絲聚合是丙烯腈和第二單體、第三單體在引發(fā)劑作用下進(jìn)行共聚反應(yīng)，生成PAN紡絲液。日本東麗選用AIBN(偶氮二異丁腈)作引發(fā)劑，二甲基亞砜(DMSO)作溶劑，DMSO+AIBN體系仰仗其操作安全和高質(zhì)量商品，成為碳纖維丙烯腈聚合的干流方法。PAN基碳纖維原絲經(jīng)過濕法和干噴濕紡紡絲技術(shù)制作。濕法紡絲是碳纖維出產(chǎn)遍及選用的方法，其技術(shù)老到，易工程化，所得原絲纖度均勻且纖維外表溝槽結(jié)構(gòu)易于后道復(fù)合加工;干噴濕紡是將干法和濕法聯(lián)絡(luò)的新方法，可完結(jié)高品質(zhì)原絲的細(xì)纖化和均質(zhì)化，紡絲速度是濕法紡絲的5～10倍，是高功用原絲出產(chǎn)最佳方法之一。東麗、三菱麗陽，美國赫氏和韓國曉星都具有干噴濕紡紡絲技術(shù)，中國中復(fù)神鷹、中油吉化等少量公司把握干噴濕紡T700級(jí)碳纖維原絲出產(chǎn)技術(shù)，但商品的穩(wěn)定性有待前進(jìn)。

　　碳纖維的出產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

　　原絲經(jīng)預(yù)氧化、碳化和后處理等技術(shù)制得碳纖維。預(yù)氧化是纖維組織結(jié)構(gòu)改變的過渡期間，在確保絲條均質(zhì)化的前提下，縮短預(yù)氧化時(shí)間，可以下降出產(chǎn)本錢。碳化是纖維亂層石墨結(jié)構(gòu)的成形期間，可使纖維強(qiáng)度大幅提高，碳化條件操控不當(dāng)會(huì)形成纖維結(jié)構(gòu)中有空地、裂紋等缺點(diǎn)，影響碳纖維功用。石墨化即高溫下牽伸，使纖維由亂層石墨結(jié)構(gòu)向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，前進(jìn)碳纖維彈性模量。

　　碳化爐是制作碳纖維的關(guān)鍵設(shè)備，國產(chǎn)碳化爐發(fā)熱體最高耐熱溫度1 400 ℃，而國外大規(guī)劃高溫碳化爐對中國施行出口束縛，中等規(guī)劃碳化爐報(bào)價(jià)又很高，前進(jìn)了國內(nèi)碳纖維的制作本錢，導(dǎo)致國產(chǎn)碳纖維市場競爭力缺少，研發(fā)高強(qiáng)級(jí)碳纖維出產(chǎn)線的國產(chǎn)設(shè)備迫在眉睫。

　　碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)現(xiàn)狀

　　碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以碳纖維及織物為增強(qiáng)體、樹脂為基體制成，其代表是以三維編織物為增強(qiáng)體，選用樹脂傳遞模塑技術(shù)(RTM)進(jìn)行浸膠固化而成的三維編織復(fù)合材料。三維編織技術(shù)具有較強(qiáng)的仿形編織才能，可以完結(jié)凌亂結(jié)構(gòu)的整體編織，常用編織技術(shù)有四步法、二步法及多層聯(lián)鎖編織技術(shù)。四步法操作靈活性強(qiáng)，編織物整體結(jié)構(gòu)好，但編織速度較慢，對設(shè)備請求較高;二步法編織簡略，易完結(jié)自動(dòng)化，適宜編織較厚制件，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)以間斷的離散方法運(yùn)動(dòng);多層聯(lián)鎖編織技術(shù)編織的織物機(jī)械功用好，設(shè)備可平穩(wěn)連續(xù)作業(yè)，但不易完結(jié)自動(dòng)化出產(chǎn)。現(xiàn)在可滿意大而厚預(yù)制件編織需求的大型三維編織機(jī)不多，規(guī)劃與研發(fā)高水平的三維編織機(jī)仍是極力的方向。

　　三維編織完結(jié)了增強(qiáng)材料的整體成型，而RTM技術(shù)恰是適于整體成型的技術(shù)方法。RTM技術(shù)是將液態(tài)樹脂寫入閉合模具中滋潤增強(qiáng)材料并固化成型的技術(shù)方法，是挨近終究形狀部件的出產(chǎn)方法，底子無需后續(xù)加工。由于其效率高、能耗低、技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)等長處，適合多種類、高質(zhì)量的搶先復(fù)合材料加工。RTM-三維編織復(fù)合材料是完全整體結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)復(fù)合材料比較，具有較高的損害容限、強(qiáng)度和模量，為復(fù)合材料運(yùn)用于承力結(jié)構(gòu)件，特別是運(yùn)用于航天航空等領(lǐng)域供給了廣大遠(yuǎn)景。

　　碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料回收運(yùn)用現(xiàn)狀

　　回收運(yùn)用碳纖維可下降能耗、節(jié)約能源，首要方法有高溫?zé)峤夥ā⒘骰卜纸夥ê统?亞臨界流體法。高溫?zé)峤夥ㄊ窃诟邷叵率箯?fù)合材料降解，回收的碳纖維力學(xué)功用下降崎嶇較大，影響碳纖維再運(yùn)用，是現(xiàn)在僅有商業(yè)化運(yùn)營的回收方法;流化床熱分解法選用高溫空氣熱流對復(fù)合材料進(jìn)行高溫?zé)岱纸猓ǔＳ眯L(fēng)分離器來獲得外表潔凈的碳纖維，由于受高溫、砂粒磨損的影響，碳纖維長度變短、力學(xué)功用下降，影響回收碳纖維的運(yùn)用規(guī)劃;超/亞臨界法是運(yùn)用液體在臨界點(diǎn)附近具有高活性和高溶解性等功用來分解復(fù)合材料，最大極限地保存碳纖維的初始功用，由于其一起的優(yōu)越性，遭到產(chǎn)業(yè)界高度重視，將可能成為碳纖維首要回收方法之一，現(xiàn)在大都回收技術(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)期間，商業(yè)化路程綿長。