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  碳纤维的高性能、低成本之道
2015-12-15
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  目前,碳纤维及其复合材料市场主要可分为两大类,分别为高性能前提下的低成本碳纤维(航空航天用)以及低成本前提下的高性能纤维(工业用)。

  高性能前提下的低成本碳纤维可应用于军用航空航天市场与民用航空航天市场中。

  在军用航空航天市场中,碳纤维属战略物资,品种主要以小丝束为主,每年仅需200吨~300吨。具有质量要求高、鉴定时间长等特点。

  在民用航空航天市场中,碳纤维品种以小丝束为主,在国际上属紧缺物资,其质量要求比军用航天市场中高,具有鉴定时间长、一旦采用须专线供应、进入批产后数量需求大、原材料供应必须立足国内等特点。

  低成本前提下的高性能纤维则分为低档碳纤维市场、中档碳纤维(传统市场)与高档碳纤维(待开拓市场)三类。

  在低档市场中,只要是碳纤维价格足够低,即可形成销售,对性能基本没有严格的要求。

  在传统市场中,碳纤维品种主要以中大丝束如T300-12k和T700S-12k为主,主要生产商包括东丽、台塑、AKSA等,主要应用于体育休闲、建筑补强、电缆芯、风电叶片、压力气瓶以及部分航天(主要是导弹)、兵器、核工业等军事装备上。目前,国内中档碳纤维年需求量约为1.5万吨~2万吨。

  在待开发市场中,碳纤维品种主要是中大丝束如T300-12k和T700S-12k,以及更大丝束和新开发的低成本碳纤维。轨道交通、汽车、海洋装备等有强烈轻量化要求的产业将是此类碳纤维应用的新领域。目前,高档碳纤维市场需求量巨大,此类市场开拓的关键在于能否开发出全寿命成本优于金属制品的碳纤维制品。

  高性能前提下的低成本碳纤维的解决途径主要包括设计、稳定性与制造技术。

  碳纤维复合材料的优势是通过设计得到的,复合材料结构的铺层设计、整体化结构的连接设计与成形工艺是保证发挥碳纤维优势的关键。稳定性是通过原材料(包括碳纤维和预浸料)和制造工艺二者的稳定性来实现的。碳纤维复合材料结构的高性能必须采用适合它的工艺来实现。长期以来,飞机用碳纤维复合材料的制造采用热压罐工艺,使用这种工艺成型的复合材料可保证高纤维体积含量、低孔隙率以及均匀一致的质量。

  低成本前提下的高性能纤维的解决途径主要包括五点:第一,选用整体化设计工艺,可起到减少零件数和装配工时的作用;第二,原材料应选用低成本中大丝束碳纤维以及适合低成本工艺的树脂;第三,碳纤维制品的加工工艺应选用非热压罐工艺,包括真空袋成形、RTM等;第四,应采用制造自动化,如ATL、AFP来提高工效和降低废品率;第五,需要利用碳纤维优良的抗疲劳和耐腐蚀性能,降低维护成本和提高出勤率。

  (中国纺织报)

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