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解读ℱ全面解读碳纤维产业链—原丝到成品

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碳纤维是一种含碳量超过95%的纤维材料,具有优异的力学,化学,电学等优良特性,是”新材料之王”,是军民发展不同缺少的战略性材料,价格非常昂贵,通常又被称为”黑黄金”。

碳纤维生产工艺技术发展到今,已然成熟,随着碳纤维复合材料不断发展,越来越受各行各业的青睐,尤其是航空、汽车、轨道、风电叶片等强劲增长以及其带动作用,碳纤维产业发展前景更加广阔。

碳纤维产业链可以分为上游和下游。上游通常是指生产碳纤维专用的材料;下游通常是指生产碳纤维应用部件的产品。介于上下游之间的企业可以认为他们是碳纤维生产工艺中的设备商应商。如图:

碳纤维产业链上游从原丝到碳纤维整个过程,需要经过氧化炉、碳化炉、石墨化炉、表面处理、上浆等工艺,将以聚丙烯腈结构为主的原丝经过碳化等工艺变为以石墨纤维结构为主的碳纤维。

 

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碳纤维产业链上游属于石油化工行业,主要通过原油炼制、裂解、氨氧化等工序获得丙烯腈;碳纤维企业通过对以丙烯腈为主的原材料进行聚合反应生成聚丙烯腈,再以其纺丝获得聚丙烯腈原丝,对原丝进行预氧化、碳化等工艺制得碳纤维,通过对碳纤维和高质量树脂的加工以获得碳纤维复合材料以满足应用需求。

碳纤维的生产流程主要包括:拉丝、牵伸、稳定、碳化、石墨化。如图:

拉丝:这是碳纤维生产过程中的第一步,主要把原材料分离成纤,属于物理变化,在这过程中,纺丝液细流与凝固液之间的传质、传热,最后PAN沉析形成凝胶结构的丝条。

牵伸:要求温度100到300度,结合定向纤维的拉伸效应来操作。也是PAN纤维的高模量、高强化、、致密化和细化的关键步骤。

稳定:使用400度加热氧化的方法使热塑性PAN线形大分子链转化为非塑性耐热梯形结构,使其在高温下不熔不燃,保持纤维形态,热力学处于稳定状态。

碳化:需要在温度1千到2千度,将PAN中非碳元素驱除,最后生成含碳量90%以上的具有乱层石墨结构的碳纤维。

石墨化:需要温度在2千到3千度,将无定型、乱层结构的碳化材料向三维石墨结构转化,是提高碳纤维模量的主要技术措施。

碳纤维从原丝生产工艺到制成品的详细过程就是由上道原丝生产工艺产出PAN原丝,经过送丝架湿热预牵伸后,由牵伸机器依次传送到预氧化炉,经过数台预氧化炉群的不同梯度的温度烤化后,形成氧化纤维即预氧丝;预氧丝经过中温、高温碳化炉后形成碳纤维;碳纤维再经过最终的表面处理上浆、干燥等工艺得到碳纤维成品。全过程连续走丝,精确控制,任何一道工序出现些许问题都会影响稳定生产和最终碳纤维产品的质量。碳纤维生产工艺流程长,技术关键点多,生产壁垒高,是多学科、多技术的集成。


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来源:碳纤维生产技术
复合材料化学航空汽车材料控制
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首次发布时间:2024-08-03
最近编辑:3月前
碳纤维生产技术
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关注ℱ我国新一代碳纤维地铁车辆全球发布

本文摘要:(由ai生成)中车四方发布新一代碳纤维地铁车辆"CETROVO",采用碳纤维复合材料大幅减轻车重,实现节能15%以上。车辆具备灵活编组功能,适应恶劣环境,并搭载主动径向系统提升曲线通过性。采用先进减振降噪技术,提升乘坐舒适度。未来地铁列车来了! 当地时间9月18日下午,在德国举行的柏林国际轨道交通技术展(InnoTrans 2018)上,中车四方股份公司正式发布新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”。 当地时间下午14:00时,新一代碳纤维地铁车辆实车发布会举行。中国驻德国大使史明德、中国中车总裁孙永才、德国技术专家胡芬巴赫、中国中车副总裁王军、中车四方股份公司总经理马云双出席发布会,并共同按下启动球,为新车揭幕。 这是新一代碳纤维地铁车辆的全球首次亮相。该车是我国的全新一代地铁,采用大量先进的新材料、新技术研制,在节能环保、舒适、智能等方面相比传统地铁实现全面升级,是我国地铁领域的最新技术成果,代表着未来地铁列车的技术潮流。它的问世,将引领地铁车辆驶入更加绿色智能的“新时代”。中国中车科学家、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁接受采访新一代地铁车辆长什么样?有什么“黑科技”?将带来怎样的乘坐新体验? 1 采用碳纤维技术 整车“瘦身”13%相较传统地铁,新一代地铁车辆最大的特点是更轻、更节能。轻量化,即尽可能地减轻自身重量,是地铁车辆实现节能的一个主要途径。碳纤维复合材料作为一种新材料,被称为“轻量化之王”,其轻质、高强度的优点为列车轻量化提供了绝佳的解决方案。碳纤维车体碳纤维转向架据中国中车科学家、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁介绍,新一代地铁车辆采用先进的碳纤维技术,车体、转向架构架、司机室、设备舱及设备机体等均使用碳纤维复合材料制造,是大规模应用碳纤维复合材料的地铁车辆。特别是成功突破碳纤维大型复杂件结构设计、制造成型等关键技术,实现了碳纤维复合材料在车体、转向架构架、司机室等车辆主承载结构上的全面应用。碳纤维使车辆实现大幅“瘦身”。与采用钢、铝合金等传统金属材料相比,新一代碳纤维地铁车辆的车体、司机室、设备舱分别减重30%以上,转向架构架减重40%,整车减重13%。“虽然在制造成本上要高于传统金属材料,但碳纤维复合材料更加轻量化,节能优势明显,并且具有优异的耐疲劳、耐候、耐腐蚀性能,可有效保证列车在30年服役期内不发生疲劳、腐蚀等失效,减少了维护量,因此能够降低全寿命周期成本。”丁叁叁说,车身变轻后,也减少了对线路的损害。为降低能耗,除了碳纤维轻量化技术,新一代地铁车辆还配备新型高效节能的牵引系统。由传统地铁的异步电机升级到永磁同步电机直驱技术,并采用碳化硅变流装置,大幅提升车辆的牵引效率。据测算,新一代地铁车辆可综合节能15%以上。2 车厢会“变身”适用性更强与传统地铁相比,新一代地铁车辆拥有更强的适用性,在运营组织上更加灵活,并能适应更复杂的运行环境。目前,我国的地铁车辆都是固定编组,车厢的节数是不可变的。新一代地铁车辆首次开发了“灵活编组”功能,列车以2节为最小的编组单元,能够根据运营需求实现“2+N”节灵活编组,在2节至12节范围内任意搭配车厢,并且完成“变身”只需不到5分钟。丁叁叁告诉记者,地铁客流的潮汐变化非常突出,早晚高峰期客流量大,平峰期客流量小,根据客流变化灵活编组,在高峰期采用大编组,平峰期采用小编组,这样能实现以最经济的方式运营,节约能耗,降低运营成本,也利于增大发车密度,提高服务水平。相较传统地铁,新一代地铁车辆适应更恶劣的气候地理环境,能在高温高湿、-40℃高寒、2500米高海拔等复杂环境下运行。同时,针对地铁线路弯道多、半径小,车辆首次在转向架装备主动径向系统,当监测到车辆进入弯道时,能够控制轮对处在曲线径向位置行驶。这样大大改善了列车的曲线通过性能,能更好地适应小曲线,最小转弯半径可达80米,远超传统地铁,车轮磨耗也大幅降低,节约维护成本。车辆在没有外部供电时也能行驶。装载了储能系统——动力蓄电池,可为车辆提供牵引动力行驶15公里。当发生供电故障时可应急运行,也方便在线路和车辆段的“无电区”行驶。3 跑得更稳乘坐更舒适新一代地铁车辆采用先进的减振降噪技术,乘坐更舒适。列车运行时,由于轨道不平顺会引起车厢振动,要通过转向架上的悬挂系统来减振。传统地铁的悬挂系统不可调节,称为被动悬挂。新一代地铁车辆首次采用全主动悬挂技术,在行驶途中,当车厢产生振动时,能够立刻探测到,并对悬挂系统的阻尼进行动态调整,使悬挂系统时刻处在最佳的减振状态,从而使地铁车辆“跑得更稳”。车厢内也更安静。优化了降噪设计,列车运行时,客室噪声仅68分贝,比传统地铁降低了3分贝以上。据丁叁叁介绍,跟高铁列车一样,新一代地铁车辆还进行了气密性设计,首次采用密封车体,乘客在乘坐时,不会因为车内压力波动引起耳膜有压迫感。4 智慧列车车窗上刷视频应用现代智能化技术,新一代地铁车辆还是高度智能的“智慧列车”。置身车厢,将感受到无处不在的“智慧服务”。车厢进入“触控”时代。车窗变身为一个触控显示屏,成为能传达各种图文视频信息的“魔窗”。相当于一个超大版的“Pad”,乘客只需用手指触摸车窗,就能在车窗上看新闻、浏览网页、购票、刷视频、观看电视直播等,便捷地获取各种服务。车厢里的镜子,成为可触控、可上网的“魔镜”。车厢的智能空调,能根据天气和穿衣指数来自动确定合适的温度和湿度,让体感更舒适。照明系统可随时知晓车厢的光线环境,自动调整亮度和色温。还有多媒体曲面屏、自清洁座椅、为听力残疾乘客配备的助听系统……智能化的乘客服务系统,将带来全新的乘车体验。 全自动无人驾驶新一代地铁车辆的最高运行时速可达140公里,比传统地铁更快。采用无人驾驶技术,列车从发车启动到加减速、停站、开关门、回库等运行的全过程均为全自动驾驶。运用维护也更智能。车辆建立了强大的智能化感知系统,设有1100多个监测点,实时感知列车“健康”状态。运行途中出现异常时,可自动预警和远程维护。同时,借助智能感知系统,能在车辆处于“亚健康”状态时就及时介入维护,也能探测线路状况,指导线路维护,使列车的运行更加安全可靠。下一步,新一代碳纤维地铁车辆将进行型式试验,并开展线路试运行。特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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