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我國(guó)正式進(jìn)入全球碳纖維國(guó)?家“第三極” 核心技術(shù)打破壟斷
根據(jù)外媒報(bào)道，我國(guó)正式進(jìn)入了世全球碳纖維國(guó)家中的“第三極”，在核心技術(shù)上打破日美等國(guó)的壟斷格局！大家都知道，我國(guó)在近幾年無(wú)論在科學(xué)技術(shù)還是在經(jīng)濟(jì)上的發(fā)展可以說(shuō)讓世界驚嘆！從改革開(kāi)放以后，我國(guó)一代又一代科研人員，夜以繼日，不斷攻克科技發(fā)展上的難題，讓我國(guó)在全球幾大經(jīng)濟(jì)體中的科技實(shí)力實(shí)現(xiàn)了超越，在某些領(lǐng)域甚至實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)l先！
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在我國(guó)實(shí)行人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略后，國(guó)家大力支持在科學(xué)技術(shù)上的研究突破，于是我國(guó)碳纖維的研究廠家如雨后春筍搬地出現(xiàn)在中華大地上，目前我國(guó)每年要消費(fèi)接近7000到10000噸的碳纖維用于各種制造領(lǐng)域，比如普通的工業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪械囊路闹圃煲约霸谝恍┸姽て髽I(yè)上的使用。
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日本作為全球公認(rèn)的碳纖維制造生產(chǎn)的老牌國(guó)家，一直在該領(lǐng)域的制造上壟斷著，并且同美國(guó)一起共同進(jìn)行研究制造。我國(guó)作為科技發(fā)展比較遲的國(guó)家，在通過(guò)自身不斷的技術(shù)攻關(guān)后終于實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破！
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碳纖維主要都是依靠有機(jī)的前驅(qū)體的解離才能夠獲得，因此根據(jù)解離的種類不同，目前世界上的碳纖維主要分為瀝青基、粘膠纖維基和聚丙烯腈基三種碳纖維，而聚丙烯腈基礎(chǔ)是目前世界上的主流碳纖維制造材料。
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但是聚丙烯腈基的制造成本一直居高不下，所以國(guó)內(nèi)外都在尋找一種替代方案來(lái)取代聚丙烯腈基的使用。終于好消息傳來(lái)！我國(guó)在樹(shù)木當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了一種純天然的凡發(fā)現(xiàn)韓國(guó)化合物——木質(zhì)素，該化合物在經(jīng)過(guò)一系列的加工后，可以形成生物聚合物，在性能和結(jié)果上和聚丙烯腈基幾乎沒(méi)有差別。
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而木質(zhì)素一直都是國(guó)內(nèi)造紙和造漿工業(yè)的生產(chǎn)廢物，一直都被當(dāng)作垃圾處理了，浴室日本人說(shuō)雖然日本積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但是中國(guó)的發(fā)展速度著實(shí)讓人感到害怕，很可能在不久之后日本在碳纖維上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)就不存在了，比如高鐵就是一個(gè)很好的例子，高鐵源于日本，但是現(xiàn)在我國(guó)是世界上高鐵里程最長(zhǎng)的國(guó)家，在高鐵技術(shù)上沒(méi)有哪一個(gè)國(guó)家能夠超越中國(guó)，包括日本。
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連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料是用熱塑性樹(shù)脂基體浸漬碳纖維絲束制成的組合物，是制造熱塑性碳纖維產(chǎn)品的中間材料。在制作過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整預(yù)浸料中的碳纖維/基體的比例、預(yù)浸料的厚度/寬度等規(guī)格、纖維取向和鋪放角度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱塑性碳纖維制品的初步設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料制造商無(wú)錫智上新材強(qiáng)調(diào)，熱塑性碳纖維預(yù)浸料質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到后期成品的整體性能。
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熱塑性碳纖維預(yù)浸料
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關(guān)鍵點(diǎn)一：展絲
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在制作連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料時(shí)，展紗是非常只要的一個(gè)工藝環(huán)節(jié)。因?yàn)闊崴苄詷?shù)脂在高溫下黏度大，當(dāng)大絲束碳纖維線密度較大時(shí)，這種基體就很難完全浸漬到碳纖維束中，會(huì)因?yàn)榛w材料分布不均勻，出現(xiàn)孔隙，以至于影響到預(yù)浸料的性能。當(dāng)相同的絲束寬度延展得越寬，厚度越薄，熱塑性樹(shù)脂的滲透均勻性會(huì)越好。無(wú)錫智上新材認(rèn)為，雖然展紗不可避免地會(huì)對(duì)碳纖維產(chǎn)生一定程度的性能損傷，但是相對(duì)于展紗給預(yù)浸料整體性能方面帶來(lái)的幫助則是微乎其微的。
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按照展絲工具及機(jī)理的不同，常見(jiàn)的展絲方法有機(jī)械展絲法、氣流展絲法以及超聲波展絲法，在實(shí)際應(yīng)用中也可將兩種或多種展絲方式結(jié)合起來(lái)運(yùn)用。
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機(jī)械展絲是通過(guò)擠壓、摩擦等方式讓張緊的纖維絲束經(jīng)過(guò)組合展紗輥時(shí)受到壓力作用，在一個(gè)橫向的分力即壓力下使纖維產(chǎn)生橫向位移來(lái)達(dá)到展寬的目的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這種技術(shù)手段的本質(zhì)就是將纖維絲束內(nèi)部的單根絲束鋪平，減少絲束厚度，增加其寬度；氣流展絲是將壓縮后的空氣噴射到纖維絲束表面，通過(guò)氣流使纖維束彎曲實(shí)現(xiàn)展寬，這種方法不用直接接觸纖維絲束，所以纖維展寬時(shí)不起毛、纖維間交叉少，因而是應(yīng)用頗為廣泛的一種展紗方法；超聲波展絲法則是利用超聲空穴效應(yīng)撞擊纖維絲束達(dá)到展寬的目的。
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熱塑性碳纖維預(yù)浸料
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關(guān)鍵點(diǎn)二：溫度、壓力與比例
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連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料的制備方法分為兩大類：一是預(yù)浸漬法，包括熔融浸漬法和溶液浸漬法；二是后浸漬法，包括薄膜層疊法、粉末浸漬法、纖維混雜法等。
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從工藝可行性和預(yù)浸料性能質(zhì)量?jī)煞矫婵剂浚瑹o(wú)錫智上新材選用熔融浸漬法來(lái)制備連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料。熔融浸漬法是將碳纖維通過(guò)熔融的熱塑性樹(shù)脂基體后得到浸漬的方法，相比溶液浸漬法不僅節(jié)省材料、減少環(huán)境污染，而且能精確控制預(yù)浸料中基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
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在制備過(guò)程中，無(wú)錫智上新材認(rèn)為核心的工藝要點(diǎn)在于把握好溫度、壓力以及樹(shù)脂/增強(qiáng)體的比例。在溫度和壓力合適的條件下，熱塑性樹(shù)脂基體的流動(dòng)性才會(huì)好，浸漬效果才能得到有效保證。溫度和壓力合適才能保證基體材料和碳纖維協(xié)同作用，如果基體材料被擠出，對(duì)增強(qiáng)纖維的固定能力就會(huì)下降，碳纖維就會(huì)出現(xiàn)彎曲，拉伸性能就會(huì)隨之下降。
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如果熱塑性樹(shù)脂基體含量過(guò)少時(shí)，碳纖維之間缺少基體的浸潤(rùn)就無(wú)法有效連接，也就無(wú)法發(fā)揮出碳纖維的高強(qiáng)度作用。相反，如果熱塑性樹(shù)脂基體含量過(guò)多，基體需要承擔(dān)的載荷就越多，但是基體無(wú)法像碳纖維那樣很好地承載載荷，這必然會(huì)影響預(yù)浸料的整體強(qiáng)度。所以，只有當(dāng)熱塑性樹(shù)脂基體在碳纖維間分布均勻，預(yù)浸料內(nèi)部的孔隙較少，熱塑性樹(shù)脂基體于碳纖維之間結(jié)合良好，外部載荷能通過(guò)基體有效傳遞至碳纖維，這時(shí)預(yù)浸料才會(huì)具有較高的拉伸強(qiáng)度。
