碳纖維原材料的選擇:
T700和T800在中高端類碳纖維零部件中應(yīng)用較多,國產(chǎn)和進口產(chǎn)品在原材料價格和具體性能上存在一定的差異。據(jù)國內(nèi)碳纖維零部件制造商智上新材料介紹,從外觀上看,國產(chǎn)T700級碳纖維表面略微粗糙,偶有凹凸不平,在顯微鏡下可觀察到細微顆粒附著,原絲存在少許的溝槽結(jié)構(gòu)。以上現(xiàn)象說明國產(chǎn)碳纖維表面處理技術(shù)有待提高,這不僅有礙于碳纖維強度優(yōu)勢的發(fā)揮,對零部件產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性也有消極影響。
相對于T700來說,國產(chǎn)T800級碳纖維表面較為光滑,溝槽結(jié)構(gòu)淺而細,凸起結(jié)構(gòu)較少,產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定。這是因為T800級碳纖維表面含氧量較高,能夠有效提高表面的化學(xué)活性,使得界面剪切強度、拉伸強度相對較高,力學(xué)性能更為理想。另一方面,國產(chǎn)T800級碳纖維質(zhì)量控制較好,整體性能與進口產(chǎn)品不相上下,產(chǎn)品價格卻低于進口碳纖維,較高的性價比有利于提升其在碳纖維市場的競爭力。
進口的東麗T700表面光滑,無明顯溝槽結(jié)構(gòu),凸起結(jié)構(gòu)少,拉伸模量高。因為表面石墨化程度高,碳纖維排布有序性強,有效提高了碳纖維的拉伸模量,界面剪切強度更高,力學(xué)性能優(yōu)越。從性能上說,東麗的T700市場競爭的優(yōu)勢會更大一些,但是比國產(chǎn)T700價格高很多,更適合用于制備對性能要求較為苛刻的高端零部件。
常見樹脂基體的選擇:
1.環(huán)氧樹脂對碳纖維浸漬粘結(jié)性比較理想,樹脂自身固化后也具有良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性,是碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料中最重要的基體材料之一。但環(huán)氧樹脂類在耐高溫、耐磨性等方面的缺陷阻礙了碳纖維在特定工作場景中的應(yīng)用。
2.耐高溫雙馬樹脂基碳纖維復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可達到355℃,力學(xué)性能優(yōu)良,界面性能和韌性良好,在高溫下具有較好的保持率,能滿足200℃的長期高溫工作需求,短期最高使用溫度可以達到230℃,因此這類樹脂基碳纖維被應(yīng)用于飛機主要承力結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)等重要領(lǐng)域。
3.熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料的耐高溫、耐磨性、耐沖擊和耐腐蝕性都比熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料更具優(yōu)勢,例如智上新材料開發(fā)的連續(xù)碳纖維增強PPS/PA6/PEEK系列單向預(yù)浸帶,其以中高端熱塑性樹脂為基體,與碳纖維材料的高性能實現(xiàn)了強強聯(lián)手的完美效果,使之在電子電器、高端醫(yī)療、智能化工業(yè)機械等領(lǐng)域有更高的應(yīng)用價值和更廣闊的應(yīng)用空間。
常見成型方式的選擇:
1.預(yù)浸料成型包括模壓成型、熱壓罐成型、真空袋壓成型等,成品質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸精度高,是板材、殼體、承力結(jié)構(gòu)件、機械臂等零部件常用的成型方式。智上新材料采用該種成型方式制備的碳纖維零部件能夠滿足大部分工業(yè)設(shè)備對高端復(fù)合材料的應(yīng)用需求,能夠在性能與制造成本之間取得良好的平衡。
2.纏繞成型方式多應(yīng)用于壓力容器、壓力管道等民用產(chǎn)品和其他管/筒狀類工業(yè)產(chǎn)品。
3.拉擠成型方式的生產(chǎn)效率較高、纖維向強度優(yōu)異,例如,大兆瓦級風(fēng)電葉片主梁多采用碳纖維拉擠復(fù)合材料,但這種成型方式對產(chǎn)品的截面形狀有很大的限制。
4.液體成型包括樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助成型(VARI),該成型方式效率高、成本低、尺寸精度高,但該工藝容易出現(xiàn)未浸潤區(qū)域,報廢概率大,僅適用于小型零部件,較多用于汽車零部件制造。