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我国正式进入全球碳纤维国家“第三极” 核心技术打破垄断

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发表于 2020-3-18 17:03:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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文章来源:新材发现

根据外媒报道,我国正式进入了世全球碳纤维国家中的“第三极”,在核心技术上彻底打破日美等国的垄断格局!大家都知道,我国在近几年无论在科学技术还是在经济上的发展可以说让世界惊叹!从改革开放以后,我国一代又一代科研人员,夜以继日,不断攻克科技发展上的难题,让我国在全球最大的几个经济体中的科技实力实现了超越,在某些领域甚至实现了领先!

在我国实行人才强国战略后,国家大力支持在科学技术上的研究突破,于是我国碳纤维的研究厂家如雨后春笋搬地出现在中华大地上,目前我国每年要消费接近7000到10000吨的碳纤维用于各种制造领域,比如普通的工业生产、人们日常生活中的衣服的制造以及在一些军工企业上的使用。

日本作为全球公认的碳纤维制造生产的老牌国家,一直在该领域的制造上垄断着,并且同美国一起共同进行研究制造。我国作为科技发展比较迟的国家,在通过自身不断的技术攻关后终于实现了技术突破!

碳纤维主要都是依靠有机的前驱体的解离才能够获得,因此根据解离的种类不同,目前世界上的碳纤维主要分为沥青基、粘胶纤维基和聚丙烯腈基三种碳纤维,而最后的聚丙烯腈基础是目前世界上的主流碳纤维制造材料。

但是聚丙烯腈基的制造成本一直居高不下,所以国内外都在寻找一种替代方案来取代聚丙烯腈基的使用。终于好消息传来!我国在树木当中发现了一种纯天然的凡发现韩国化合物——木质素,该化合物在经过一系列的加工后,可以形成生物聚合物,在性能和结果上和聚丙烯腈基几乎没有差别。

而木质素一直都是国内造纸和造浆工业的生产废物,一直都被当作垃圾处理了,浴室日本人说虽然日本积累了大量的基础数据,但是中国的发展速度着实让人感到害怕,很可能在不久之后日本在碳纤维上的技术优势就不存在了,比如高铁就是一个很好地例子,高铁源于日本,但是现在我国是世界上高铁里程最长的国家,在高铁技术上没有哪一个国家能够超越中国,包括日本。

连续碳纤维增强热塑性复合材料预浸料是用热塑性树脂基体浸渍碳纤维丝束制成的组合物,是制造热塑性碳纤维产品的中间材料。在制作过程中,通过调整预浸料中的碳纤维/基体的比例、预浸料的厚度/宽度等规格、纤维取向和铺放角度,可以实现对热塑性碳纤维制品的初步设计。国内连续碳纤维增强热塑性预浸料制造商无锡智上新材强调,热塑性碳纤维预浸料质量的优劣将直接影响到后期成品的整体性能。

热塑性碳纤维预浸料

关键点一:展丝

在制作连续碳纤维热塑性复合材料预浸料时,展纱是非常只要的一个工艺环节。因为热塑性树脂在高温下黏度大,当大丝束碳纤维线密度较大时,这种基体就很难完全浸渍到碳纤维束中,会因为基体材料分布不均匀,出现孔隙,最终影响到预浸料的性能。当相同的丝束宽度延展得越宽,厚度越薄,热塑性树脂的渗透均匀性会越好。无锡智上新材认为,虽然展纱不可避免地会对碳纤维产生一定程度的性能损伤,但是相对于展纱给预浸料整体性能方面带来的帮助则是微乎其微的。

按照展丝工具及机理的不同,常见的展丝方法有机械展丝法、气流展丝法以及超声波展丝法,在实际应用中也可将两种或多种展丝方式结合起来运用。

机械展丝是通过挤压、摩擦等方式让张紧的纤维丝束经过组合展纱辊时受到压力作用,在一个横向的分力即压力下使纤维产生横向位移来达到展宽的目的。简单地说,这种技术手段的本质就是将纤维丝束内部的单根丝束铺平,减少丝束厚度,增加其宽度;气流展丝是将压缩后的空气喷射到纤维丝束表面,通过气流使纤维束弯曲实现展宽,这种方法不用直接接触纤维丝束,所以纤维展宽时不起毛、纤维间交叉少,因而是应用最为广泛的一种展纱方法;超声波展丝法则是利用超声空穴效应撞击纤维丝束达到展宽的目的。
关键点二:温度、压力与比例

连续碳纤维增强热塑性预浸料的制备方法分为两大类:一是预浸渍法,包括熔融浸渍法和溶液浸渍法;二是后浸渍法,包括薄膜层叠法、粉末浸渍法、纤维混杂法等。

从工艺可行性和预浸料性能质量两方面考量,无锡智上新材选用熔融浸渍法来制备连续碳纤维增强热塑性预浸料。熔融浸渍法是将碳纤维通过熔融的热塑性树脂基体后得到浸渍的方法,相比溶液浸渍法不仅节省材料、减少环境污染,而且能精确控制预浸料中基体的质量分数。

在制备过程中,无锡智上新材认为核心的工艺要点在于把握好温度、压力以及树脂/增强体的比例。在温度和压力合适的条件下,热塑性树脂基体的流动性才会好,浸渍效果才能得到有效保证。温度和压力合适才能保证基体材料和碳纤维协同作用,如果基体材料被挤出,对增强纤维的固定能力就会下降,碳纤维就会出现弯曲,拉伸性能就会随之下降。
如果热塑性树脂基体含量过少时,碳纤维之间缺少基体的浸润就无法有效连接,也就无法发挥出碳纤维的高强度作用。相反,如果热塑性树脂基体含量过多,基体需要承担的载荷就越多,但是基体无法像碳纤维那样很好地承载载荷,这必然会影响预浸料的整体强度。所以,只有当热塑性树脂基体在碳纤维间分布均匀,预浸料内部的孔隙较少,热塑性树脂基体于碳纤维之间结合良好,外部载荷能通过基体有效传递至碳纤维,这时预浸料才会具有较高的拉伸强度。

本文封面图来源于图虫创意

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