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我國正式進入全球碳纖維國家“第三極” 核心技術打破壟斷

時間:2020-03-19 來源:材料專業知識服務係統 點擊:469

根據外媒報道,我國正式進入了世全球碳纖維國家中的“第三極”,在核心技術上徹底打破日美等國的壟斷格局!大家都知道,我國在近幾年無論在科學技術還是在經濟上的發展可以說讓世界驚歎!從改革開放以後,我國一代又一代科研人員,夜以繼日,不斷攻克科技發展上的難題,讓我國在全球最大的幾個經濟體中的科技實力實現了超越,在某些領域甚至實現了領先!

在我國實行人才強國戰略後,國家大力支持在科學技術上的研究突破,於是我國碳纖維的研究廠家如雨後春筍搬地出現在中華大地上,目前我國每年要消費接近7000到10000噸的碳纖維用於各種製造領域,比如普通的工業生產、人們日常生活中的衣服的製造以及在一些軍工企業上的使用。

日本作為全球公認的碳纖維製造生產的老牌國家,一直在該領域的製造上壟斷著,並且同美國一起共同進行研究製造。我國作為科技發展比較遲的國家,在通過自身不斷的技術攻關後終於實現了技術突破!

碳纖維主要都是依靠有機的前驅體的解離才能夠獲得,因此根據解離的種類不同,目前世界上的碳纖維主要分為瀝青基、粘膠纖維基和聚丙烯腈基三種碳纖維,而最後的聚丙烯腈基礎是目前世界上的主流碳纖維製造材料。

但是聚丙烯腈基的製造成本一直居高不下,所以國內外都在尋找一種替代方案來取代聚丙烯腈基的使用。終於好消息傳來!我國在樹木當中發現了一種純天然的凡發現韓國化合物――木質素,該化合物在經過一係列的加工後,可以形成生物聚合物,在性能和結果上和聚丙烯腈基幾乎沒有差別。

而木質素一直都是國內造紙和造漿工業的生產廢物,一直都被當作垃圾處理了,浴室日本人說雖然日本積累了大量的基礎數據,但是中國的發展速度著實讓人感到害怕,很可能在不久之後日本在碳纖維上的技術優勢就不存在了,比如高鐵就是一個很好地例子,高鐵源於日本,但是現在我國是世界上高鐵裏程最長的國家,在高鐵技術上沒有哪一個國家能夠超越中國,包括日本。

連續碳纖維增強熱塑性複合材料預浸料是用熱塑性樹脂基體浸漬碳纖維絲束製成的組合物,是製造熱塑性碳纖維產品的中間材料。在製作過程中,通過調整預浸料中的碳纖維/基體的比例、預浸料的厚度/寬度等規格、纖維取向和鋪放角度,可以實現對熱塑性碳纖維製品的初步設計。國內連續碳纖維增強熱塑性預浸料製造商無錫智上新材強調,熱塑性碳纖維預浸料質量的優劣將直接影響到後期成品的整體性能。

熱塑性碳纖維預浸料

關鍵點一:展絲

在製作連續碳纖維熱塑性複合材料預浸料時,展紗是非常隻要的一個工藝環節。因為熱塑性樹脂在高溫下黏度大,當大絲束碳纖維線密度較大時,這種基體就很難完全浸漬到碳纖維束中,會因為基體材料分布不均勻,出現孔隙,最終影響到預浸料的性能。當相同的絲束寬度延展得越寬,厚度越薄,熱塑性樹脂的滲透均勻性會越好。無錫智上新材認為,雖然展紗不可避免地會對碳纖維產生一定程度的性能損傷,但是相對於展紗給預浸料整體性能方麵帶來的幫助則是微乎其微的。

按照展絲工具及機理的不同,常見的展絲方法有機械展絲法、氣流展絲法以及超聲波展絲法,在實際應用中也可將兩種或多種展絲方式結合起來運用。

機械展絲是通過擠壓、摩擦等方式讓張緊的纖維絲束經過組合展紗輥時受到壓力作用,在一個橫向的分力即壓力下使纖維產生橫向位移來達到展寬的目的。簡單地說,這種技術手段的本質就是將纖維絲束內部的單根絲束鋪平,減少絲束厚度,增加其寬度;氣流展絲是將壓縮後的空氣噴射到纖維絲束表麵,通過氣流使纖維束彎曲實現展寬,這種方法不用直接接觸纖維絲束,所以纖維展寬時不起毛、纖維間交叉少,因而是應用最為廣泛的一種展紗方法;超聲波展絲法則是利用超聲空穴效應撞擊纖維絲束達到展寬的目的。

關鍵點二:溫度、壓力與比例

連續碳纖維增強熱塑性預浸料的製備方法分為兩大類:一是預浸漬法,包括熔融浸漬法和溶液浸漬法;二是後浸漬法,包括薄膜層疊法、粉末浸漬法、纖維混雜法等。

從工藝可行性和預浸料性能質量兩方麵考量,無錫智上新材選用熔融浸漬法來製備連續碳纖維增強熱塑性預浸料。熔融浸漬法是將碳纖維通過熔融的熱塑性樹脂基體後得到浸漬的方法,相比溶液浸漬法不僅節省材料、減少環境汙染,而且能精確控製預浸料中基體的質量分數。

在製備過程中,無錫智上新材認為核心的工藝要點在於把握好溫度、壓力以及樹脂/增強體的比例。在溫度和壓力合適的條件下,熱塑性樹脂基體的流動性才會好,浸漬效果才能得到有效保證。溫度和壓力合適才能保證基體材料和碳纖維協同作用,如果基體材料被擠出,對增強纖維的固定能力就會下降,碳纖維就會出現彎曲,拉伸性能就會隨之下降。

如果熱塑性樹脂基體含量過少時,碳纖維之間缺少基體的浸潤就無法有效連接,也就無法發揮出碳纖維的高強度作用。相反,如果熱塑性樹脂基體含量過多,基體需要承擔的載荷就越多,但是基體無法像碳纖維那樣很好地承載載荷,這必然會影響預浸料的整體強度。所以,隻有當熱塑性樹脂基體在碳纖維間分布均勻,預浸料內部的孔隙較少,熱塑性樹脂基體於碳纖維之間結合良好,外部載荷能通過基體有效傳遞至碳纖維,這時預浸料才會具有較高的拉伸強度。

                                                  來源:材料專業知識服務係統

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