碳纤维复合材料生产工艺的优缺点有哪些？
江苏博实科技：碳纤维复合材料是一种含碳量在90%以上的新型复合材料，具有高强度、高比模量、耐高温、低电阻、耐腐蚀以及良好的阻尼减震等优良性能。碳纤维复合材料的成型技术有着几十年的经验，较为常见的有热压罐成型、拉挤成型、缠绕成型等，这些传统成型工艺成熟度高、应用广泛，本文博实碳纤维带大家对它们做个简单的了解。
一、热压罐成型
热压罐成型是目前应用最为广泛的碳纤维树脂基复合材料的成型工艺,其成型原理是利用热压罐内的高温压缩气体对铺放好的预浸料进行加热及加压处理,将产品固化成型。
目前热压罐成型工艺在工业生产中占有非常重要的比例,尤其是在航空航天领域,采用热压罐成型工艺制备的复合材料结构件占总量的80%以上,且已经被大量的应用于飞机的机身、方向舵、升降舵、机翼蒙皮、尾翼等结构部位上。
热压罐成型的优势明显：
1、制品受热均匀
成型过程中，碳纤维预浸料被真空袋密封在模具内部,制品可以均匀的受到来自各个方向的压缩空气压力,能够在均匀压力下固化。
2、制品受热均匀
罐内的压缩空气处于高速流动状态,无论是加热阶段还是冷却阶段,碳纤维复合材料基本上受热均匀。
3、工艺稳定
由于罐内压力和温度的稳定,所以复合材料的孔隙率较低、纤维分布均匀,因此复合材料的力学性能也基本稳定。
4、应用广泛
热压罐设备体积较大,可以实现大型且结构复杂结构件的生产制备,且模具相对简单。
综上所述，热压罐的成型范围比较广、生产制成的产品质量也很稳定，但是由于热压罐设备较为庞大、复杂，成本相对较高，在成型中能耗也比较大，所以不太符合低成本、低能耗的发展需求，这也就要求研究人员更多的开发新型的生产制造工艺。
二、拉挤成型
拉挤成型是一种连续制造复合材料构件的工艺方法，可用来制造恒定截面的构件。其工艺流程是先将碳纤维在树脂中浸润,然后使其在牵引设备的作用下通过挤压模具成型、固化,连续不断地生产长度不限的复合材料。
拉挤成型工艺具有自动化程度高能耗损失较少、制品质量稳定原料耗费低以及制品中纤维含量较高等优点。然而,拉挤成型工艺最大的缺点是产品形状单调,只能生产线形型材,无法构造复杂形状的结构件,而且产品的性能具有各向异性，材料垂直于纤维的横向强度不高，这极大限制了材料的应用范围。
三、缠绕成型
20世纪40年代，缠绕成型工艺开始发展,在数十年的历练下也成为聚合物基复合材料一种重要的成型技术。缠绕成型是先将浸渍树脂的连续纤维预热,并缠绕到芯模上,在缠绕的过程中持续加热，再通过施加压力使预浸料熔接为一体，逐层粘合,冷却后得到相应构件制品。
缠绕成型工艺的优点在于可以通过改变缠绕规律来发挥碳纤维的强度优势,且易于实现机械化生产,其不足之处在于纤维在缠绕过程中不能紧贴芯模表面，因此制备具有凹面的零部件较为困难,并且缠绕机的成本较高。
目前技术人员已经研发出自动纤维铺放成型、超声波快速固结成型、真空辅助成型等新型碳纤维复合材料成型方法。但是囿于我国在这方面的研究与国外发达国家还存在着较大的差距，目前更多的还是停留在传统成型工艺的制造上,普及新型的碳纤维制品成型工艺还是未来亟待解决的难题。