碳纖維發(fā)展方向

2013年10月，中國(guó)工程院院士在全國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)上指出，未來(lái)碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)將向高性能、低成本、高可靠性方向邁進(jìn)。目前在高性能碳纖維領(lǐng)域，繼T 800、T 1 000之后，HS、M65J等高強(qiáng)、高模碳纖維也得到了充分的發(fā)展。T 1 000系列碳纖維抗拉模量為295 GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)7.05 GPa;M65J高強(qiáng)高模型纖維拉伸模量達(dá)640 GPa，抗拉強(qiáng)度為 3.62 GPa。

目前，碳纖維復(fù)合材料在民用領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，這種趨勢(shì)引起了人們對(duì)于復(fù)合材料高性?xún)r(jià)比關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新需求。要實(shí)現(xiàn)低成本，須在保障性能的前提下，綜合考慮生產(chǎn)規(guī)模、原絲、工藝裝備等因素。大絲束、低成本原絲、裝備革新與國(guó)產(chǎn)化是降低碳纖維成本的有效途徑。

在碳纖維成本構(gòu)成中，原絲約占51%。原材料技術(shù)的進(jìn)步有利于進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)碳纖維的質(zhì)量與性能，開(kāi)發(fā)高性?xún)r(jià)比大絲束纖維和樹(shù)脂，進(jìn)一步向低成本化發(fā)展。以自動(dòng)鋪帶技術(shù)(ATL)和自動(dòng)鋪絲技術(shù)(AFP)為代表的碳纖維自動(dòng)化制造裝備在大型主承力結(jié)構(gòu)件研制中起到了重要作用;以非熱壓罐工藝和液體成型為代表的碳纖維低成本工藝技術(shù)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，成為降低復(fù)合材料成本的關(guān)鍵。

在碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用中要考慮設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)取決于材料性能表征、評(píng)價(jià)，而設(shè)計(jì)水平實(shí)際上是應(yīng)用水平，要敢用、會(huì)用、用好新材料，充分發(fā)揮材料性能，縮短新材料從開(kāi)發(fā)到應(yīng)用的周期，同時(shí)也要考慮結(jié)構(gòu)效率與可靠性間的矛盾。材料性能的離散性、服役條件的不確定性給材料和結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、分析、試驗(yàn)及驗(yàn)證帶來(lái)很大困難，因此必須考慮實(shí)際存在的隨機(jī)性、離散性和不確定性，才能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和高可靠性的要求。 (通訊員 鄭寧來(lái))