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碳纤维产品是如何进行设计

编辑:中山大航复合材料科技有限公司时间:2020-06-06

碳纤维产品加工制造的清洁生产方案设计,以高科技碳纤维产品加工制造为例,围绕清洁生产及其审核,研究了清洁生产方案的产生。结果表明碳纤维行业的清洁生产处于起步阶段,不仅其清洁生产水平评价体系尚待完善,而且整个碳纤维行业技术装备和制造过程的保密性,将影响清洁生产审核过程中方案的产生。提出在符合我国碳纤维行业、清洁生产政策和适用市场经济运作机制的前提下,调整和扩展征集对象、范围和路径,有助于碳纤维清洁生产方案产生。


碳纤维的结构


碳纤维的结构决定于原丝结构和炭化工艺。对有机纤维进行预氧化、炭化等工艺处理,除去有机纤维中碳以外的元素按,形成聚合多环芳香族平面结构。在碳纤维形成过程中,随着原丝的不同,质量损失可达10-80%,形成了各种微小的缺陷。但无论用哪种材料,高模量的碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行的取向。用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是基本结构单元,一般由数张十张层片组成石墨微晶,这就是碳纤维的二级结构单元。


层片之间的距离叫面间距d,由石墨微晶组成原纤维,其直径为50nm左右,长度为数百nm,这是纤维的三级结构单元。碳纤维结构是高倍拉伸的、沿轴向择优取向的原纤维和空穴构成的高度有序织态结构。影响碳纤维强度的重要因素是纤维中的缺陷。碳纤维中的缺陷主要来自两方面,一方面是原丝带来的缺陷,另一方面是炭化过程中产生的缺陷。原丝带来的缺陷在炭化过程中可能消息小部分,而大部分将保留下来,变成碳纤维的缺陷,同时,在炭化过程中,由于大量的元素以及各种气体的形成逸出,使纤维表面和内部形成空穴和缺陷。


碳纤维材料航天航空、汽车工业、医疗器材等领域已经取得较为广泛的效果,而在轨道交通领域,碳纤维的应用相对较少,但是不可忽略所带来的性能优势,那我们来讲一下碳纤维在轨道交通领域的应用潜力。


减轻自重与减少能耗成正比,轨道列车的能量消耗主要是用来客服运行过程中的阻力,包括列车滚动的阻力,重力、加速阻力和空气阻力,其中25%的能量用于克服车体重量,20%能量用于克服车内装载重量,5%用于克服车体的承载结构重量。碳纤维是一种优质的减重材料,其密在1.7g/cm3,是传统减重材料铝的60%,不到钢的1/4。并且,碳纤维可塑性强,通过采用一体成型工艺可生产出符合空气力学的结构件。