北京玻鋼院復合材料有限公司“國產碳纖維液體成型關鍵技術研究” 課題取得重大突破

 

　　課題通過對碳纖維表面處理、上漿劑的研究及對T700級別碳纖維制備技術的攻關,研制出適合液體成型工藝的國產高性能碳纖維，其拉伸強度≥4800MPa，拉伸模量≥230Gpa；通 過對環氧樹脂分子結構設計及研究溫度、稀釋劑等對環氧樹脂與碳纖維浸潤性影響等研究，及環氧樹脂與碳纖維匹配性及配方優化等研究工作，制備了一種適用于國產T700 級碳纖維液體成型技術的環氧樹脂,體系中試產品性能穩定；系統研究了在真空壓力作用下，纖維預成型體的壓縮響應性及樹脂在纖維預成型體面內,面外的流動行為，測試了各種條件下的滲透率，探求了相關條件對滲透率的影響規律；在自開發的“纖維增強復合材 料流動模擬應用系統集成軟件”環境下，通過建模分析，開展了碳纖維預成型體、碳/玻織物層間混雜預成型體、方管夾芯結構典型件的流動浸漬模擬研究，以及碳纖維復合材料厚板固化模擬研究，并對以上數值模擬結果與實驗結果進行了比較分析，結果表明，模擬結果與實驗結果基本吻合，規律發展趨勢一致；通過對國產原材料的關鍵影響因素研究及對國產原材料的工藝設計及優化，確定了國產原材料液體成型的工藝參數；通過對風電葉片及軌道交通典型部件的結構設計、高精度模具設計技術等的研究，驗證了國產碳纖維液體成型技術；依據 BSEN12663:2000 標準，進行了地鐵司機室頭罩的設計和制備；通過結構優化設計和校核分析實現國產碳纖維復合材料對原玻璃纖維復合材料的替代，單支葉片使用國產碳纖維織物0.5噸，最終實現葉片減重達22%，且靜力測試分析表明,國產碳纖維復合材料風電葉片（45.2m）成型質量良好并通過靜力測試考核，達到國際認證標準。

 

　　課題實施過程中取得的成果和創新點如下：開發了用于國產T700級碳纖維液體成型的低粘度環氧樹脂體系，建立了復雜流道預成型體的浸漬滲透行為表征方法，突破了碳纖維復合材料大型構件液體成型技術，實現了國產碳纖維在風電葉片等領域的應用。

 

　　近年來，風電行業的發展趨勢表明，海上和低風速區域未來對風電葉片的需求將不斷增加且大型化趨勢明顯，為滿足減重降載的需求，碳纖維應用優勢明顯；另一方面，由于液體成型技術的制造成本低，將會增加碳纖維的應用；預計未來幾年內，海上風電和低風速區域的發展，可以大大帶動國產碳纖維織物的用量，應用前景較好，同時也會帶來可觀的經濟效益。