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碳纤维及其复合材料高效低成本制备技术进展

2019-10-15
    分别从聚合、原丝制备、预氧化及碳化工艺等方面对低成本碳纤维的制备技术进行了综述。而碳纤维增强复合材料的高成本不仅来自于碳纤维,还来自于复合材料的制造成本,因此,也概述了几种碳纤维增强复合材料的低成本制备技术,包括RTM/RFI工艺、自动铺放技术、纤维缠绕和拉挤成形、电子束固化。最后特别指出,碳纸维制备成本是决定复合材料能否大规模取代钢材的根本所在,因此,我国应高度重视碳纤维的高效低成本制备新技术的研究与开发。
    碳纤维是一种以聚丙烯腈PAN)、沥青、粘胶纤维等人造纤维或合成纤维为原料,经预氧化、碳化、石墨化等过程制得含碳量达90%以上的无机纤维材料,具有质轻、高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电导热性好、热膨胀系数小等一系列优异性能,是航空航天、国防军事工业不可或缺的工程材料,同时也是民用工业更新换代的新材料。其中,由于聚丙烯腈纤维制得的碳纤维综合性能好,并且易于连续性大规模生产,因此聚丙烯腈基碳纤维在碳纤维市场一直占领先地位,特别是在制备高性能碳纤维方面,已占到碳纤维总产量的75%以上。而碳纤维复合材料在大型飞机、风力发电叶片、汽车部件、石油开采抽油杆、电力输送电缆等领域的应用将会推动节能减排的实现,但是由于碳纤维及其复合材料的生产成本较高而限制了其使用范围。碳纤维复合材料的高成本主要集中PAN原丝的生产成本较高、生产流程长和复合材料制备成本高等方面,因此低的原丝成本与先进的加工技术将会在很大程度上降低碳纤维复合材料的成本,从而扩大其应用范围。在节能减排和环保的低碳经济全球化的今天,低成本碳纤维及其先进的复合材制备技术将成为研究的热点。
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