碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上。他的比重不到鋼的1/4,比鋁還要輕,比強度是鐵的20倍。
碳纖維增強復合材料一直是被區分為長(連續)纖維和短纖維來加工的,從典型的300——400米到幾個毫米分為不同的品級。過去10年中,人們一直在改進不同種類的碳纖維復合材料的性能和加工方法,從短纖維混料注射加工到層壓成型,從預浸料處理到模塑法加工,力求為這種性能優良的材料尋找到的加工方法。
(1)層合固化工藝及其裝備。我國的碳纖維復合材料層合固化工藝及其裝備,是在玻璃鋼工業的基礎上發展的。比如哈爾濱玻璃鋼研究院、武漢理工大學、南京諾爾泰復合材料。
設備制造有限公司、航天43所等開發了多軸的纖維纏繞與拉擠設備,這些設備通過改造提升,也可基本適應碳纖維的纏繞與拉擠工藝。
國內早期就仿制美國和臺灣的搓管工藝及設備,從搓管機、薄膜纏繞機、抽芯機、拋光機、固化烘箱等,都實現了國產化可以滿足基本的體育器材類的管件制造。但隨著國內市場競爭加劇,為降低成本,這類設備質量或有下降趨勢。
(2)大型自動鋪纖(帶)機。由于西方國家對大型自動鋪纖(帶)機銷往中國實施嚴格的許可證出口管制,我國(尤其是涉及軍品)的企業很難進口到這樣的設備。南京航空航天大學肖軍教授的團隊,長期研發自動鋪帶(纖)設備,并已經在國內一些用戶處使用,這是我國開拓先進層合工藝與設備的亮點。
綜上所述,我國高性能復合材料領域整體上尚處于起步階段,所以層合固化工藝及裝備還相當落后。很多先進的設備還必須依賴進口,而西方對很多高性能復合材料的層合裝備都實行嚴格的管制,成為制約新型碳纖維復合材料在我國普及、應用和發展的重要因素。
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淺談碳纖維材料的固化工藝及其裝備