碳纤维复合材料生产工艺及产品用途

碳纤维材料的成型工艺方法及应用

碳纤维材料成型主要有两种，一种是热固化成型，一种是热塑型成型。

热固化成型是指将碳纤维按不同方向、不同层数铺设出制品形状 ,在一定压力和温度下固化成型 .而复合材料成型工艺 ,较常见的有以下 5种 .

1.1裱糊成型工艺

它是用手工将预浸料裱糊在模具上 ,然后固化成型 .此法最大的优点是工艺装备简单 ,手工完成比较复杂的操作 ,能加工出形状复杂的零件 ,适用于小批量生产 ;缺点是生产效率低 ,劳动条件差 ,劳动强度大 .笔者采用该工艺试制出的碳纤维整体车架样件 ,表观质量尚可 ,但尺寸精度较差 ,工艺稳定性差 .

1.2纤维缠绕成型工艺

1.3它是开发最早的连续成型工艺 ,即纤维通过树脂胶槽浸上树脂后按照一定的规律缠绕

在转动的芯模上 ,然后经加热使胶液固化成型 .它的一个突出特点是能够按照制品的受力情况 ,将纤维按一定规律排布 ,从而充分发挥纤维的强度 ,获得轻质高强的制品 ;在工艺上能实现连续化、机械化生产 ,并且生产周期短 ,生产效率高 ,劳动强度小 ,适用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形制品 .

1.4拉挤工艺

它是发展速度较快的一种成型工艺 ,即纤维通过树脂槽浸渍树脂后进入加热模具固化 ,制

成各种各样不同形状的型材 .其优点是能一次压制出形状复杂、尺寸准确的零件 ,生产率高 ,但工艺装备复杂 ,不适于制备批量小、尺寸大的产品 .

1.5树脂传递模压工艺 ( RTM)， RTM( resin transfer moulding)工艺是 9 0年代最热门

的一种成型工艺 ,即先将增强材料做成预成型件放入封闭模具中 ,在真空和压力的条件下 ,树脂被注入模具而固化成型 .其特点是 :1)工艺过程简单 ,避免了预浸料这一中间环节 ;2)低压注胶 ,节约了附加设备的费用 ;3)封闭式模具操作 ,作业环境清洁 ;4)易于实现自动化和计算机控制 ;5)制件表面质量好 .因此 ,RTM技术有很好的发展前景 .

1.6编织成型工艺

三维编织的过程是参加编织的所有纤维都沿同一方向排列 ,然后每根纤维束都沿自己的

方向偏移一个角度互相交织形成织物的过程 .采用三维编织的复合材料具有整体性和力学的合理性两大特点 ,其在剪切强度、抗冲击损伤特性等性能方面均优于传统的层合复合材料 ,因此采用编织结构的复合材料发展迅速，三维编织分圆机和方机两种 ,用这两种机器可以编织出许多复杂的编织物 .但这些复杂形状大多来源于两种基本形状——长方体和厚壁的圆管 .

热塑性复合材料

与热固性材料相比，其具有以下优点：

a. 韧性高，抗冲击，经久耐用

b. 成型工艺简单，加工速度快，可提高工作效率几倍到几十倍

c. 容易修补，可多次成型

d. 可以回收重复使用，有利于环保

e. 节省能耗40-60%

f. 预浸料无储存寿命，节约储存和运输成本

预浸料成型工艺

预浸料特性与优点

最大幅宽可达1600mm，也可分切成75mm、150mm、300mm的预浸带；

具有良好的韧性；

生产过程可以二次涂胶，能满足自动铺带对预浸料粘性和铺覆性的特殊要求；

适用于真空袋、模压、软模、热压罐等工艺成型；

适于低、中、高温固化

预浸料单位面积纤维质量范围为 50g-600g /㎡；

预浸料树脂控制精确

单向预浸料树脂含量30%-40%±2%

织物预浸料树脂含量40%-60%±3%

生产的各类复合材料，可推广用于民用飞机、工业复合材料等领域：如汽车，轨道交通，医疗器械；也可用于体育休闲用品如自行车等起到减轻结构总量，提高生产速度，降低制造成本，改善劳动条件等。

产品应用

民用航空风力发电工业领域汽车配件轨道交通海上采油医疗器材体育休闲

民用航空

碳纤维复合材料已广泛应用于民用大飞机，欧洲空中客车A380使用复合材料达25%左右，美国波音梦幻客机B787使用复合材料达50%。

民用大飞机、支线客机和民用公务机提供树脂体系、高质量的碳纤维预浸料及碳纤维复合材料制件。

风力

碳纤维高强度、高模量、耐腐蚀、抗疲劳等性能，可以有效地提高叶片刚度，减轻叶片重量，增长叶片使用寿命，提高风能利用率。随着大丝束碳纤维的广泛应用，碳纤维价格的不断降低，碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种趋势。未来风力发电叶片制造中，碳纤维代替部分玻璃纤维应用于叶片、且用量逐步增加是高性能碳纤维复合材料发展的必然结果。

工业

碳纤维及其复合材料已在汽车翼子板、车顶板、底盘、行李箱板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构加强和耐热件等得到广泛应用。

碳纤维及其复合材料由于它的优异的力学性能，化学稳定性，与人体的生物相容性，无毒无味，且X射线透过率高，损耗低，使之在医疗器械和生物材料方面受到广泛的重视。

随着生产及应用技术的进步，碳纤维在体育用品中频频亮相。多年来，碳纤维在高尔夫球杆中的使用率一直居首位，在曲棍球棍和自行车架中的应用也逐年增多。而在球拍、滑雪板、帆板桅杆、航海船体、垒球及棒球球棒产品中同样也可以看到碳纤维的身影。