新型建筑用碳纖維復合材料的注塑成型與工藝優化

于霞

摘要：近幾年我國建筑行業也在不斷實現發展模式的調整，一些新的建筑技術或者建筑材料被納入到實際的建筑工程中去，使得建筑工程的效益得到不斷提升。也就是說新型建筑用的材料或者技術方案，與建筑工程的效益是掛鉤的，與未來我國建筑行業的可持續發展也是存在關聯的。由此積極對于新型建筑用碳纖維復合材料的注塑成型和工藝優化問題進行探討，是很有價值的。

關鍵詞：新型建筑材料;復合材料;注塑成型

建筑行業在不斷創新的過程中，會將焦點放在新型材料，新型設備，新型技術方案的使用上，而作為資源消耗性的建筑行業，其可能首先關注的就是使用更加理想的建筑材料。新型建筑用碳纖維復合材料，在建筑行業的多個環節都有著巨大的應用價值，很多建筑企業開始將其納入到實際的建筑采購單上，這意味著該材料具備先進性。而作為建筑用碳纖維復合材料而言，需要不斷實現生產工藝的調整，優化技術方案，由此進入到更加理想的生產制作中去。

1.建筑用碳纖維復合材料的優勢分析

碳纖維作為纖維狀態的材料，其化學成分中碳含量分數在90%以上，由此形成的復合材料有著很強的性能優勢：高比強度，高比模量，耐高溫和低溫，耐腐蝕性，耐疲勞，抗蠕變，導電性能和傳熱性能也更加優質，不僅僅可以在結構材料承載負荷中發揮效能，還可以扮演功能材料的角色。這種材料的生產工藝比較復雜，因為是多技術多學科之間的融合，一般情況下是在各種纖維作為原絲，經過氧化碳化高溫處理之后生產出來的產品。

碳纖維復合材料在多種領域和產業中都有著十分廣泛的應用，并且因為其自身獨特的優勢，其市場需求還處于不斷增長的狀態。下圖1為CCeV對于全球碳纖維市場需求量進行統計得出的發展趨勢圖。從實際全球碳纖維市場需求結構來看，當前建筑行業的占比僅僅為4%，但是從整個行業的應用現狀來看，這個比例很有可能在未來處于不斷增長的趨勢。由此在建筑行業中使用更加先進的碳纖維復合材料，就需要對于實際碳纖維復合材料的工藝生產技術方案進行更新，由此進入到更加理想的碳纖維復合材料應用格局。

也就是說未來碳纖維復合材料在建筑行業中的應用將會展現出規模化的特點，此時就需要確保實際碳纖維含量和注塑成型工藝朝著更加規范化的方向發展，此時對于生產制造企業而言，就需要實現對應工藝參數的合理設定，確保對應生產出來的復合材料產品各方面的性能能夠更加優質。

2.碳纖維復合材料注塑成型和工藝分析

此次我們以大連國瑞炭材料有限公司生產的聚碳酸脂和日本東麗公司T700SC碳纖維為原料，以注塑成型工藝的方式，來進行對應碳纖維復合材料的生產，對于實際生產過程和結果進行歸結，由此客觀的分析實際碳纖維復合材料注塑成型和工藝存在的問題。因為碳纖維復合材料的特殊性，需要特定的建筑用薄壁零件，還需要選擇對應的形狀和尺寸，據此設計出對應的模具。本次模具使用的是45碳鋼，采取一模一腔的方式來進行。主要從溶體溫度，注射壓力，保壓壓力，注射時間四個思維來進行評定，關注的是碳纖維復合材料的翹曲總變形的程度，體積收縮率的大小，縮痕的大小參數。設定四個組別的數據，確定實際的工業參數得以界定，然后按照實際的工藝參數來進行施工。

在此基礎上采取正交試驗的方式來進行對比分析，結果發現如下的結論：對翹曲總變形影響最大的是溶體的溫度，接著是保壓的壓力，再者是注射時間。依照實際翹曲總變形為基本考核指標，實際碳纖維復合材料的最佳注塑成型的工藝方案得以確定，最終的工藝參數為：溶體溫度為305度，注射壓力為155MPa，保壓壓力為86MPa，注射時間為3秒鐘。

以體積收縮率為考核基準，對于其產生最大影響的是溶體的問題，接著是注射的壓力，再者就是注射的時間，從這個角度來看，建筑用碳纖維復合材料的注塑工藝方案也得以界定，實際的參數為：溶體溫度為305度，注射壓力位185MPa，實際的保壓壓力位85MPa，注射的時間為3秒。

以縮痕為基本指標，最大的影響因素為溶體溫度，接著是保壓壓力，再者是注射時間。此時也可以得出對應的最佳施工工藝方案，實際的參數為溶體溫度為305度，注射壓力為155MPa，保壓壓力為85MPa，注射時間為3秒鐘。

接著使用綜合平衡法對于上述指標的順序進行排序組合，依照理論知識和實踐經驗，對于實際的結果進行歸結，由此可以得出更加理想的注塑成型工藝參數組合，繼而對于實際的工業參數進行界定，這將成為后續實現新型建筑用碳纖維材料注塑成型和工藝優化的依據。

3.碳纖維復合材料注塑成型和工藝優化策略

從上述碳纖維復合材料注塑成型和工藝優化的過程來看，實際碳纖維復合材料優質性能的發揮，還需要做好其他各個方面的工作，由此才能夠切實的發揮對應材料在促進建筑工程質量和效益提升中的效能。詳細來講述，主要可以歸結為如下幾個方面：

3.1建立碳纖維復合材料注塑生產工藝標準和規范

在一定時間段下，建筑用碳纖維復合材料的注塑生產工藝是相對固定的，這對于滿足實際規模化生產而言是很有必要的。也就是說，要積極建立碳纖維復合材料注塑生產工藝標準，將其歸結為國家標準，行業標準和企業標準，妥善處理好這些標準之間的關系，然后在實際生產訂單上進行備注，這樣可以更快的形成對應的生產機制與實際的市場需求保持吻合。當然在實現實際生產工藝標準和規范制定的過程中，需要發揮多方面行為主體的效能，行業協會，重點企業，企業生產工人，科研機構等，都應該積極主動的在此過程中發揮效能，針對于實際標準的構建，可以積極去借鑒國外的優秀經驗，考慮到未來我國在此行業中的不斷發展和進步，確保實際的工藝生產標準是合情合理的，是能夠引導建筑用碳纖維復合材料產業朝著更加理想方向發展的。依靠這樣的方式，可以使得碳纖維復合材料的注塑生產工藝朝著更加規范和標準的方向發展，這對于迅速的實現市場份額的占據而言，也是至關重要的。

3.2注重碳纖維復合材料生產工藝的研發投入

從上述實驗的過程可以看出，碳纖維復合材料生產工藝需要在不斷的探索中進行優化，當前在此方面取得的成就，就是之前在此領域的研發投入產生的結果。從這個角度來看，要繼續加大對于碳纖維復合材料生產工藝的研發投入。為此需要積極做好如下幾個方面的工作：其一，國家將碳纖維復合材料產業作為高新技術產業來發展，積極建立對應的扶持機制，發揮自身在各項科研資源，資金資源，項目資源配置中的效能，使得實際的宏觀研發體系得以構建;其二，鼓勵更多的此領域的專家參與到實際的項目研發中去，可以與企業一起來進行研討，結合實際生產工藝訴求來進行對應方案的調試，繼而確保的研發方向是符合企業未來發展訴求的;其三，要對于在此方面有著突出表現的企業或者個人進行表揚，注重其知識產權的保護，建立知識產權保護機制，確保碳纖維復合材料的研發環境朝著更加理想的方向發展和進步;其四，要建立完善的產學研相互結合的機制，確保在對應的平臺上可以引導實際項目的開展，研究的成果可以迅速的融入到實踐生產中去，繼而迅速的展現出工藝優化對于市場產品體系完善的影響力，這對于各個方面效能的發揮而言，都是很有幫助意義的。

4.結語

由此可見，新型建筑用碳纖維材料生產工藝的不斷優化，是引導碳纖維材料產業化發展的重要節點，也是改變我國建筑行業發展模式的重要路徑，在此過程中我們需要正確看待此問題，然后積極進行多維度的部署，繼而確保實際的新型建筑用碳纖維材料生產工藝朝著更加優質的方向發展。很明顯，為了達到這樣的目標，還需要培養一大批這樣的優秀研發和設計人才，懂得在生產實踐優化的過程中發揮自己的效能。

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