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  全球范围看,碳纤维复合材料主要运用在风机叶片、航空航天、体育休闲、汽车等行业。涉及成型工艺包括VARI、AUTOCLAVE、RTM、HP-RTM、PCM、CF-SMC等。制件根据行业不同需求,包括结构、性能、产量以及成本等因素进行综合选择。

  目前汽车行业应用,前途K50车身碳纤维覆盖件采用PCM工艺,宝马I3和I8车身采用HP-RTM工艺,兰博基尼首款SUV Urus车身采用CF-SMC工艺,还有一些LFT及BMC工艺在汽车上应用。

  性能:PCM的成型压强可达到1~2Mpa,产品具有极高的致密性和纤维含量,满足汽车的各项性能如强度、模量、外观等。

  材料:GF-SMC的树脂是不饱和树脂,而不饱和树脂与碳纤维的浸润难度较大,经常出现分层、针孔、缺胶的显现,目前国内的很多原材料厂家将环氧树脂作为CF-SMC的备选方案。

  模具:GF-SMC模具应用已经非常成熟,但是随着环氧树脂的CF-SMC片材的应用,提高模具设计难度。

  成本,原材料价格相对于干布和连续纤维预浸料价格相近,但是成型成本很低,基本不需要后段切割工序,所以综合成本降低40%-50%。

  性能:相同厚度的连续纤维板材跟CF-SMC板材在性能上相近,且满足汽车指标。

  模具:HP-RTM的模具要求是远高于注塑模具和CF-SMC模具的设计要求,目前国内模具生产厂家在技术上还需要提升。

  成本:前期开发成本非常高,包括设备投入、模具开发与验证、工艺验证等等,一条线投资需要数亿人民币。后期产品单价较低,具有和CF-SMC比肩的价格优势。

  生产节拍,HP-RTM为适应汽车部件的高节拍生产而开发的工艺,生产节拍极高,可达到1~2分钟。

  CF-SMC及HP-RTM工艺在单件成本及生产节拍上具有较大优势,但现阶段CF-SMC原材料价格贵,国内原材料厂家不成熟。HP-RTM国内模具设计、配套工艺及制造能力不足,仍有很长的路要走。现阶段,选择设备投资成本低、模具成熟,节拍能适应批量生产的PCM,并对其不断优化是更为可行的技术路线。

  风机叶片的主要工艺为真空导入,工艺非常成熟,目前处于工艺优化降本阶段,并没有实质上的工艺升级。经过近几年的工艺过程优化,风机叶片的长度增加、生产节拍加快、生产成本不断降低。

  风机叶片行业目前还并没有出现一种可替代真空导入工艺的可行性方案,能在成本、生产节拍、可行性方面超越。在没有新的技术革新之前,风机叶片行业将在未来很长一段时间内继续应用真空导入工艺。在技术革新未来的风机叶片行业在自动化方面还有很长的路要走。

  航空航天碳纤维复合材料的工艺主要为热压罐工艺,目前正在往液体成型的方向慢慢发展如真空导入、RTM等,埃隆·马斯克Space X火箭碳纤维复合材料外壳采用日本东丽碳纤维。

  航空航天行业,对产品的性能要求非常高,热压罐工艺具有其突出优点使其得到广泛使用:

  热压罐成型压力0.6Mpa左右,树脂与碳纤维的浸润度高,气泡排除得更彻底;

  热压罐成型时间一般5个小时左右,树脂的放热曲线更加平缓,可以使复合材料的疲劳寿命、冲击、拉伸等性能更好;

  热压罐各个区域成型温度更加均匀,树脂固化速率更加一致,可以更好的保证航空航天制件的形位公差达到要求。

  体育休闲行业目前在国内每年消耗50%的碳纤维,是国内第一大碳纤维应用行业。成型工艺种类多,主要包括:预浸料卷管工艺、RTM工艺、预浸料吹气袋压成型等。

  由于体育休闲用品的利润率较低、规模效应低以及东南亚低成本的竞争,预估国内体育行业的发展将呈现进入门槛低、设备投资成本较低、企业劳动密集型的模式发展,无法呈现如风机叶片类似龙头企业,所以工艺革新及自动化的发展将非常缓慢。

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