北京化工大学常州先进材料研究院

北京化工大学常州先进材料研究院

碳纤维复合材料工程技术中心简介

北京化工大学化常州先进材料研究院碳纤维复合材料工程技术中心是依托北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室建设的高技术实验室，实验室主要开展以碳纤维复合材料和生物复合材料为代表新材料领域的研究。实验室重要从事碳纤维预浸料、碳纤维复合材料基体树脂、复合材料拉挤成型、缠绕成型、模压成型、真空灌注成型等技术研究。中心团队主要人员包括杨小平教授、隋刚教授、于运花教授、蔡晴教授、武德珍教授、汪晓东教授、杜中杰教授、李刚副教授、李鹏副教授、贾晓龙副教授等。

碳纤维复合材料预浸料工业化技术

技术简介

碳纤维产业是由原丝（PAN）生产到预浸料再到具体的复合材料终端制品的产业链，而预浸料作为复合材料的中间制品，成为整个产业链中的关键一环。本项目基于国产碳纤维的产能扩张，结合不同级别国产碳纤维(T300、T700、T800) 的表面特性，自行设计了不同耐温等级的环氧树脂体系，研发了系列化(80、100、120、160、180度)的预浸料专用树脂体系，开拓了国产碳纤维的下游加工应用。采用混合树脂环氧值的调配技术改善国产碳纤维与树脂基体的匹配和相容性，采用柔性链段预反应技术控制预浸料的面密度均匀性和树脂基体的流动度，实现了增强体的良好浸润和浸渍，并拓宽了复合材料成型的加压窗口，在国内预浸料行业中达到领先水平。本项目的技术方案主要包括预浸料专用树脂体系的制备及评价、树脂体系胶膜的制备及评价、国产碳纤维的评价及界面优化、复合材料预浸料的制备及评价等。预浸料的主要应用领域包括航天航空、风电叶片、体育用品、交通运输、船舶码头、电子产品等，目前本项目的产品已成功应用在体育用品、汽车复合材料和电子材料等领域。

技术指标

预浸料专用环氧树脂体系技术指标

环氧值（eq/100g） 0.25-0.80

粘度（cPa.s 25℃） 10000-100000

密度（g/cm3） 1.16-1.25

可使用期（涂膜温度） 3-4h

断裂伸长率（%） 3

固化温度（℃） 80-180

预浸料技术指标：

单位面积碳纤维质量(g/m2) 50-600

树脂含量（%） 25-50

厚度（mm） 0.05-0.50

外观平整，无毛团

贮存期限室温15天-90天

碳纤维复合材料性能指标：

弯曲强度（MPa） 1500-1800

弯曲模量（GPa） 110-140

层间剪切强度（MPa） 80-100

市场分析

针对国内市场需求，中温固化预浸料可用于钓鱼竿、网球拍、碳纤维自行车等制品，中低温固化预浸料可用于汽车复合材料、风电叶片等领域，高温固化预浸料可用于航天航空等耐热制品。随着碳纤维的发展及成本价格下调，预浸料

必将具有非常广阔的应用前景。

效益分析

以最普通的单向碳纤维预浸料为例，其利润空间为5-10元/米，采用宽幅1米的预浸机设备投资约600万元，每年的产量应该在100-150万米，因此利润空间在500-1000万之间，投资成本应该1-2年收回，经济效益比较可观。另据资料报道，目前国产碳纤维的产能达到5万吨/年，除了航天航空、体育用品消耗小部分外，其最大用途应是汽车复合材料，主要应用形式仍旧是预浸料中间体，因此预浸料行业的经济前景看好。

项目投资估算

设备费用：

混合反应釜（100L）：80万元

胶膜机（带红外监测）：400万元

预浸复合机（宽幅1米）：400万元

分析测试设备：含电子天平（2台）、真空烘箱、旋转粘度计、凝胶时间测定仪等分析设备，总投资约20万元

厂房要求：

车间面积大于3000平方米，其中树脂配混间400平米，质量检测室100平米，长度大于60米，高度大于6米，另

外需要自备原料库房、产品冷库等，库房面积≥3000平方米水、电、气配套要求

总装机容量150千伏安；

冷却水（循环水）5吨/小时；

压缩空气：1MPa

碳纤维复合材料抽油杆连续制造技术及装备基于CFRP的轻质、高强、疲劳性能优异和耐腐蚀等特性，开展了高性能CFRP制品的连续拉挤制造技术研究。创制了长期耐温（90、120和150℃）的树脂基体体系，突破了高体积含量的碳纤维连续拉挤成型的技术瓶颈及关键装备，发明了CFRP连续抽油杆（CN1252370C; CN100351070C; CN101396874B）。通过CFRP连续抽油杆环境失效评价研究，阐明了其可长期服役的机制。建立了以连续抽油杆为核心的新型采油装备及系统，形成了CFRP抽油杆成套技术(SY/T6583-2003行业标准)。CFRP连续抽油杆已成功工业规模应用50口油井次，实现了抽油杆从1000米、1500米以及2500米连续长度制造，可以满足泵挂在2000米，3000米的开采需要，2800米最深下井油井处于国际先进水平。

中试生产设备位于北京化工大学常州先进材料研究院内，单条生产线场地约为50米*10米，单挑拉挤线投资约为150万元，拉挤配套设备投资约为100万元。

碳纤维复合材料的高性能树脂基体

碳纤维及复合材料是新材料领域占首位的关系国家战略安全的关键材料，其树脂基体与碳纤维间的界面调控是实现碳纤维复合材料高性能化的核心科学问题和需突破的关键技术难题。基于碳纤维-上胶剂-树脂基体间“双界面//双界面相”化学相容的界面设计思想，发明了与高性能碳纤维（T700/T800/T1000）界面匹配且其粘度-适用期-成型工艺-固化制度协同配合的系列树脂基体。在深入分析高性能碳纤维的表面性能、微结构及界面特性的基础上，从相似相容的基本原理出发，自主开发不同耐温等级的环氧树脂体系，对于开拓国产碳纤维的下游加工应用具有重大意义。开发了系列化(80、100、120、160、180度)的预浸料专用树脂体系，开发了长期耐温（90、120和160℃）的拉挤成型树脂体系，开发了系列化的缠绕用环氧树脂体系，突破了国产碳纤维与树脂基体的界面相容和工艺匹配，实现了韧性、刚性和耐热性三者之间的协调，为高性能碳纤维复合材料在各领域的应用提供基础支撑。

投资规模、场地等需根据实际情况面谈。