風(fēng)電葉片

隨著風(fēng)機的大型化持續(xù)進行，葉片的長度和重量迅速增加。最近，東方電氣已成功研發(fā)并下線了全球最長的126米超長葉片。在這一背景下，采用碳纖維主梁作為大型葉片的必要性凸顯：

1. 玻纖材料的模量增長接近極限，而碳纖維的模量比玻纖高3-8倍。

2. 碳纖維的比重較玻纖下降約30%。

碳纖維拉擠工藝（左二）性能全面占優(yōu)

碳纖維拉擠工藝在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用已經(jīng)得到了行業(yè)整體的認可。中材科技、時代新材、中復(fù)連眾、艾朗科技等葉片廠家以及三一重能、明陽電氣、上海電氣等公司都發(fā)布了采用碳纖維或碳?；旌侠瓟D大梁的葉片。

維斯塔斯開發(fā)的碳纖維拉擠碳板疊層灌注工藝通過高效的拉擠成型工藝，將碳纖維制備成單向碳纖維板材，并將其疊層排列，灌注樹脂后固化成型為風(fēng)電葉片主梁。與傳統(tǒng)真空灌注工藝和預(yù)浸料工藝相比，拉擠碳板疊層灌注工藝具有更高的纖維體積含量和更優(yōu)的纖維排列，從而帶來卓越的力學(xué)性能。拉擠工藝本身是一個連續(xù)的自動化過程，使碳板的質(zhì)量更加一致，生產(chǎn)效率更高，制造量更大。此外，拉擠碳板的生產(chǎn)長度不受限制，大長度的碳板可通過分切達到最終用戶所需的長度。

無人機

碳纖維拉擠復(fù)合材料在無人機領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在拉擠碳纖維管的制造上。拉擠碳纖維管在構(gòu)建無人機的結(jié)構(gòu)框架方面具有卓越的機械性能，如剛度、耐久性和輕量，非常適合用于制造無人機的零部件。由于拉擠工藝的特性，所得到的管件在性能、行為和質(zhì)量上具有一致性，這對于制造可靠性能的無人機至關(guān)重要。

汽車輕量化

由碳纖維增強塑料部件制成的底盤比同類鋼結(jié)構(gòu)輕60%

碳纖維拉擠工藝是一種經(jīng)濟的生產(chǎn)替代擠壓鋼鋁零件的方法。盡管該技術(shù)目前僅適用于“直線零件”，但已經(jīng)在一些汽車領(lǐng)域得到了應(yīng)用。美國Zoltek開發(fā)了拉擠的門檻/搖臂板和門入侵橫梁，而戴姆勒和Secartechnologie在2016年因拉擠碳纖維加強支柱在梅賽德斯C級敞篷車和S級中的應(yīng)用而獲獎。德國克勞斯-瑪菲的iPul技術(shù)生產(chǎn)碳纖維拉擠型材部件，能夠在20噸拉力下以每分鐘2.25米的速度進行生產(chǎn)。拉擠碳纖維的優(yōu)勢在于可以生產(chǎn)經(jīng)過優(yōu)化功能和成本的復(fù)合零件，并且現(xiàn)在可以在更大規(guī)模上經(jīng)濟生產(chǎn)。這一技術(shù)已經(jīng)在今天的道路上得到了實際應(yīng)用，具有廣泛的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。

軌道交通

引入拉擠型材為軌道交通領(lǐng)域注入新的活力。碳纖維拉擠型材通過精密的制造工藝，不僅能夠滿足軌道交通工程對結(jié)構(gòu)強度和耐久性的苛刻要求，同時還能降低車輛自重，提高運行效率。其卓越的抗拉、抗壓性能使其在軌道交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組件中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，為現(xiàn)代城市軌道交通系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。德國CG RAIL公司的碳纖維拉擠型材融合了多腔截面，壁厚可達26mm，同時采用了單向纖維和紡織品加固等特點。

二、技術(shù)動向

大絲束碳纖維拉擠復(fù)合材料工藝

大絲束碳纖維拉擠復(fù)合材料工藝是一種高效、環(huán)保的復(fù)合材料制備技術(shù)。它通過將大尺寸碳纖維捆成一束，在拉伸過程中注入樹脂，再經(jīng)過固化和后續(xù)加工等多道工序，最終得到具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料。主要原材料包括碳纖維、樹脂和添加劑。碳纖維作為復(fù)合

材料的強化材料，其選擇應(yīng)考慮機械性能、表面狀態(tài)和價格等因素。通常采用直徑在10-13μm、長度在40mm以上的碳纖維大絲束。樹脂起到粘合和填充作用，根據(jù)具體需求選擇不同類型的樹脂，如環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等。添加劑的使用可以改善樹脂的固化性能和加工流動性。大絲束碳纖維拉擠復(fù)合材料具有高性能、良好的表面質(zhì)量和環(huán)保可持續(xù)等特點。

彎曲拉擠工藝

在彎曲拉擠工藝中，劉天橋、馮鵬等人結(jié)合了最新的技術(shù)，提出了彎曲拉擠拱梁，為拉擠型材梁構(gòu)件賦予了一定的預(yù)拱度，以抵消豎向撓度。同時，優(yōu)化了拉擠型材截面，成功避免了因屈曲導(dǎo)致的構(gòu)件過早失效。彎曲拉擠拱梁可直接采用傳統(tǒng)平直構(gòu)件的設(shè)計方法進行設(shè)計，具有明顯的優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，已建成了一座20米長的廊橋，位于北京中冶建研院。該橋在強度、撓度和振動等方面均滿足設(shè)計要求，尤其在端部固支的條件下，梁內(nèi)會產(chǎn)生一定的軸力，使該橋具有淺拱的受力模式，進一步增大了結(jié)構(gòu)的剛度。使用彎曲拉擠拱梁，可進一步提高拉擠型材的力學(xué)性能，并拓展復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

碳纖維增強熱塑拉擠工藝

碳纖維熱塑拉擠工藝中，熱塑性樹脂在高溫條件下變得可塑，碳纖維均勻分布其中，形成高強度、剛性良好的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。該工藝已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。在航空航天領(lǐng)域，碳纖維熱塑拉擠制品的輕量高強特性有助于提高飛機燃油效率，降低整體重量。在汽車制造中，該工藝制造的零部件不僅能減輕車輛自重，還有望提高車輛的安全性和燃油經(jīng)濟性。在建筑領(lǐng)域，碳纖維熱塑拉擠工藝可以生產(chǎn)輕質(zhì)卻強度出眾的結(jié)構(gòu)材料，改善建筑物的耐久性和抗風(fēng)性能。