2018年碳纤维的几种技术突破介绍

碳纤维复合材料在航天材料和汽车等高端设备中均有战略意义。在2018年我国的碳纤维研究也取得了几项重大的进步，我国的碳纤维行业从原材料到复合材料均出现了大的进步。今天为大家总结了几项重要的研究成果。

碳纤维原材料生产——“干喷湿纺关键技术”

东华大学材料学院陈惠芳科研团队联合中复神鹰碳纤维有限责任公司完成的“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”项目。

该项目突破干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术，实现了国产碳纤维的批量供应，填补了国内以干喷湿纺工艺为代表的高性能碳纤维生产技术的空白，打破了国外高性能碳纤维企业在中国市场的长期垄断。取得干喷湿纺关键技术突破后，研究团队开发了均质聚合系统、高效环保脱单、稳定干喷湿纺、节能预氧化的成套技术，最终中国首个采用干喷湿纺工艺的千吨级碳纤维生产线正式投产，制备出能与国际同类产品性能相当的碳纤维产品。

目前世界只有少数国家掌握碳纤维干喷湿法工业化生产技术，干喷湿法纺丝有更快的纺丝速度，提高的生产效率对于降低碳纤维成本有重大的意义，特别是对碳纤维高耗能的预氧化和高温碳化也可以降低能耗从而降低生产成本，这对于中国国产碳纤维下一步批量化民用市场的拓展打开了一扇窗。

碳纤维加工——碳纤维复合材料加工损伤抑制原理

碳纤维复合材料属于典型的难加工材料，加工过程中极易产生毛刺、撕裂、分层等加工损伤，难以满足碳纤维复合材料构件的高性能要求，阻碍了这种高性能材料的推广应用，限制了装备性能的提升。

获得国家技术发明一等奖的大连理工大学贾振元教授团队从碳纤维复合材料加工去除机理和加工损伤产生机制出发，提出了“微元去除”和“反向剪切”加工损伤抑制原理，研制出三类9个系列制孔、铣削等系列加工工具。这种拥有自主知识产权的新工具，使碳纤维复合材料加工损伤由厘米量级减至0.1毫米以内，加工理论与技术进入国际领先水平。这种新型刀具寿命为进口产品的2-7倍，价格则降至1/6-1/4，该系列技术也由此获得多项发明专利。该团队还研发出多台/套高性能碳纤维复合材料数控加工工艺装备为我国航空航天许多重点型号关键复合材料构件提供服务，为关键复合材料构件解决了加工技术难题。低损伤加工技术能够保证关键部件的性能，有助于碳纤维复合材料在航空、航天、交通运输等领域的推广应用。

碳纤维应用——热塑性碳纤维复合材料的批量生产

发展连续碳纤维增强高性能复合材料预浸料并非易事，国外的连续碳纤维增强高性能热塑性复合材料技术成果早就市场化了，但其核心制造技术及相关的装备都被严格保密起来，对中国还实施更严苟的封锁政策。目前，大多数企业、科研院和进出口贸易公司都只能靠少量的进口，并为其承担了更高的应用成本。以连续碳纤维增强PEEK预浸料为例，国外售价折合人民币约5500元/kg，国内企业购买所涉及的限制采购、关税、运输等烦琐问题将实际价格进一步推高，拿到手的实际价格差不多是成本价格的2-3倍。这就极大地限制了市场对此类产品的大范围深入应用。因此，国内要发展高性能连续碳纤维增强热塑性预浸料只能靠自己。

连续碳纤维增强热塑性预浸料进入批量化生产后将打破国外的垄断局面，弥补国内相关领域与国外的差距，相对更加低廉的价格也可以扩大其在交通运输、医疗设备、民用器械等领域的深入应用，使高性能碳纤维热塑性复合材料真正地进入产业化时代。

从上个世纪开始，碳纤维的研究和应用已经成为复合材料应用的重要方面，随着国内对碳纤维原材料的生产技术的不断改进和进步，碳纤维也会出现新的应用领域。