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用較多,國產和進口產品在原材料價格和具體性能上存在一定的差異。據國內碳纖維零部件制造商智上新材料介紹,從外觀上看,國產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構。以上現象說明國產碳纖維表面處理技術有待提高,這不僅有礙于碳纖維強度優勢的發揮,對零部件產品性能的穩定性也有消極影響。
相對于T700來說,國產T800級碳纖維表面較為光滑,溝槽結構淺而細,凸起結構較少,產品性能更加穩定。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活性,使得界面剪切強度、拉伸強度相對較高,力學性能更為理想。另一方面,國產T800級碳纖維質量控制較好,整體性能與進口產品不相上下,產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,無明顯溝槽結構,凸起結構少,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,力學性能優越。從性能上說,東麗的T700市場競爭的優勢會更大一些,但是比國產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.環氧樹脂對碳纖維浸漬粘結性比較理想,樹脂自身固化后也具有良好的力學性能、耐化學性能和尺寸穩定性,是碳纖維增強樹脂基復合材料中最重要的基體材料之一。但環氧樹脂類在耐高溫、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用。
2.耐高溫雙馬樹脂基碳纖維復合材料玻璃化轉變溫度可達到355℃,力學性能優良,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用于飛機主要承力結構和功能結構等重要領域。
3.熱塑性樹脂基碳纖維復合材料的耐高溫、耐磨性、耐沖擊和耐腐蝕性都比熱固性樹脂基碳纖維復合材料更具優勢,例如智上新材料開發的連續碳纖維增強PPS/PA6/PEEK系列單向預浸帶,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了強強聯手的完美效果,使之在電子電器、高端醫療、智能化工業機械等領域有更高的應用價值和更廣闊的應用空間。
常見成型方式的選擇:
1.預浸料成型包括模壓成型、熱壓罐成型、真空袋壓成型等,成品質量穩定、尺寸精度高,是板材、殼體、承力結構件、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設備對高端復合材料的應用需求,能夠在性能與制造成本之間取得良好的平衡。
2.纏繞成型方式多應用于壓力容器、壓力管道等民用產品和其他管/筒狀類工業產品。
3.拉擠成型方式的生產效率較高、纖維向強度優異,例如,大兆瓦級風電葉片主梁多采用碳纖維拉擠復合材料,但這種成型方式對產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,但該工藝容易出現未浸潤區域,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。