碳纖維復(fù)合材料在航天材料和汽車等高端設(shè)備中均有戰(zhàn)略意義。在2018年我國的碳纖維研究也取得了幾項(xiàng)重大的進(jìn)步，我國的碳纖維行業(yè)從原材料到復(fù)合材料均出現(xiàn)了大的進(jìn)步。今天為大家總結(jié)了幾項(xiàng)重要的研究成果。

碳纖維原材料生產(chǎn)——“干噴濕紡關(guān)鍵技術(shù)”

東華大學(xué)材料學(xué)院陳惠芳科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司完成的“干噴濕紡千噸級(jí)高強(qiáng)/百噸級(jí)中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目。

該項(xiàng)目突破干噴濕紡千噸級(jí)高強(qiáng)/百噸級(jí)中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)碳纖維的批量供應(yīng)，填補(bǔ)了國內(nèi)以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的空白，打破了國外高性能碳纖維企業(yè)在中國市場(chǎng)的長期壟斷。取得干噴濕紡關(guān)鍵技術(shù)突破后，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了均質(zhì)聚合系統(tǒng)、高效環(huán)保脫單、穩(wěn)定干噴濕紡、節(jié)能預(yù)氧化的成套技術(shù)，最終中國首個(gè)采用干噴濕紡工藝的千噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，制備出能與國際同類產(chǎn)品性能相當(dāng)?shù)奶祭w維產(chǎn)品。

目前世界只有少數(shù)國家掌握碳纖維干噴濕法工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，干噴濕法紡絲有更快的紡絲速度，提高的生產(chǎn)效率對(duì)于降低碳纖維成本有重大的意義，特別是對(duì)碳纖維高耗能的預(yù)氧化和高溫碳化也可以降低能耗從而降低生產(chǎn)成本，這對(duì)于中國國產(chǎn)碳纖維下一步批量化民用市場(chǎng)的拓展打開了一扇窗。

碳纖維加工——碳纖維復(fù)合材料加工損傷抑制原理

碳纖維復(fù)合材料屬于典型的難加工材料，加工過程中極易產(chǎn)生毛刺、撕裂、分層等加工損傷，難以滿足碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件的高性能要求，阻礙了這種高性能材料的推廣應(yīng)用，限制了裝備性能的提升。

獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)的大連理工大學(xué)賈振元教授團(tuán)隊(duì)從碳纖維復(fù)合材料加工去除機(jī)理和加工損傷產(chǎn)生機(jī)制出發(fā)，提出了“微元去除”和“反向剪切”加工損傷抑制原理，研制出三類9個(gè)系列制孔、銑削等系列加工工具。這種擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工具，使碳纖維復(fù)合材料加工損傷由厘米量級(jí)減至0.1毫米以內(nèi)，加工理論與技術(shù)進(jìn)入國際領(lǐng)先水平。這種新型刀具壽命為進(jìn)口產(chǎn)品的2-7倍，價(jià)格則降至1/6-1/4，該系列技術(shù)也由此獲得多項(xiàng)發(fā)明專利。該團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出多臺(tái)/套高性能碳纖維復(fù)合材料數(shù)控加工工藝裝備為我國航空航天許多重點(diǎn)型號(hào)關(guān)鍵復(fù)合材料構(gòu)件提供服務(wù)，為關(guān)鍵復(fù)合材料構(gòu)件解決了加工技術(shù)難題。低損傷加工技術(shù)能夠保證關(guān)鍵部件的性能，有助于碳纖維復(fù)合材料在航空、航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

碳纖維應(yīng)用——熱塑性碳纖維復(fù)合材料的批量生產(chǎn)

發(fā)展連續(xù)碳纖維增強(qiáng)高性能復(fù)合材料預(yù)浸料并非易事，國外的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)高性能熱塑性復(fù)合材料技術(shù)成果早就市場(chǎng)化了，但其核心制造技術(shù)及相關(guān)的裝備都被嚴(yán)格保密起來，對(duì)中國還實(shí)施更嚴(yán)茍的封鎖政策。目前，大多數(shù)企業(yè)、科研院和進(jìn)出口貿(mào)易公司都只能靠少量的進(jìn)口，并為其承擔(dān)了更高的應(yīng)用成本。以連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK預(yù)浸料為例，國外售價(jià)折合人民幣約5500元/kg，國內(nèi)企業(yè)購買所涉及的限制采購、關(guān)稅、運(yùn)輸?shù)葻┈崋栴}將實(shí)際價(jià)格進(jìn)一步推高，拿到手的實(shí)際價(jià)格差不多是成本價(jià)格的2-3倍。這就極大地限制了市場(chǎng)對(duì)此類產(chǎn)品的大范圍深入應(yīng)用。因此，國內(nèi)要發(fā)展高性能連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料只能靠自己。

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料進(jìn)入批量化生產(chǎn)后將打破國外的壟斷局面，彌補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域與國外的差距，相對(duì)更加低廉的價(jià)格也可以擴(kuò)大其在交通運(yùn)輸、醫(yī)療設(shè)備、民用器械等領(lǐng)域的深入應(yīng)用，使高性能碳纖維熱塑性復(fù)合材料真正地進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化時(shí)代。

從上個(gè)世紀(jì)開始，碳纖維的研究和應(yīng)用已經(jīng)成為復(fù)合材料應(yīng)用的重要方面，隨著國內(nèi)對(duì)碳纖維原材料的生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)和進(jìn)步，碳纖維也會(huì)出現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域。