高性能碳纤维复合材料设计与成型工艺

需求的背景和应用场景

高性能碳纤维复合材料因其轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能，在多个领域展现出巨大的应用潜力。在航空航天领域，碳纤维复合材料的应用能够显著降低飞行器的重量，提高燃油效率和载荷能力，是实现飞行器高性能、长寿命的关键材料之一。同时，在体育器材、汽车制造、风力发电、建筑结构等领域，高性能碳纤维复合材料也发挥着不可替代的作用，为产品的轻量化、高强度化提供了有力支持。然而，当前国内在高端碳纤维复合材料的制造工艺装备方面存在明显落后，无法满足日益增长的市场需求和产业升级的要求。因此，亟需提升大规模工业化生产的成套工艺与装备制造能力，以及跨学科的综合设计能力，以推动高性能碳纤维复合材料的高端产品研发和公益化应用，解决行业痛点问题。

要解决的关键技术问题

1. 高性能碳纤维的制备技术：研究高性能碳纤维的原料选择、纺丝工艺、预氧化、碳化等关键环节，提高碳纤维的力学性能、热稳定性和耐环境性能，以满足不同应用领域对碳纤维性能的高要求。
2. 复合材料成型工艺：开发适用于大规模工业化生产的复合材料成型技术，如模压成型、注塑成型、缠绕成型等，确保复合材料制品的尺寸精度、表面质量和力学性能，同时提高生产效率和降低成本。
3. 跨学科综合设计能力：结合材料科学、机械工程、化学工程等多个学科的知识，进行碳纤维复合材料的结构设计、性能预测与优化，以及生产工艺的模拟与优化，实现材料、结构与工艺的协同创新。
4. 成套工艺与装备制造能力：研发碳纤维复合材料生产的关键设备，如纺丝机、碳化炉、成型机等，并形成完整的生产线布局和自动化控制系统，提升生产过程的稳定性和可靠性。

效果要求

通过本技术需求的实施，预期达到以下效果：

• 技术突破：在高性能碳纤维的制备、复合材料成型工艺以及跨学科综合设计方面取得显著技术突破，形成具有自主知识产权的核心技术体系。
• 产业升级：提升国内碳纤维复合材料产业的制造水平和国际竞争力，推动相关产业的升级换代，满足高端市场对碳纤维复合材料的需求。
• 效益提升：通过提高生产效率和降低生产成本，实现碳纤维复合材料制品的规模化、经济化生产，为应用企业带来显著的经济效益。
• 创新引领：形成碳纤维复合材料领域的技术创新高地，引领行业技术发展方向，为国家的科技进步和产业升级做出贡献。