新型建筑用碳纖維復(fù)合材料的注塑成型與工藝優(yōu)化

于霞

摘要：近幾年我國(guó)建筑行業(yè)也在不斷實(shí)現(xiàn)發(fā)展模式的調(diào)整，一些新的建筑技術(shù)或者建筑材料被納入到實(shí)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(shù)方案，與建筑工程的效益是掛鉤的，與未來我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也是存在關(guān)聯(lián)的。由此積極對(duì)于新型建筑用碳纖維復(fù)合材料的注塑成型和工藝優(yōu)化問題進(jìn)行探討，是很有價(jià)值的。

關(guān)鍵詞：新型建筑材料;復(fù)合材料;注塑成型

建筑行業(yè)在不斷創(chuàng)新的過程中，會(huì)將焦點(diǎn)放在新型材料，新型設(shè)備，新型技術(shù)方案的使用上，而作為資源消耗性的建筑行業(yè)，其可能首先關(guān)注的就是使用更加理想的建筑材料。新型建筑用碳纖維復(fù)合材料，在建筑行業(yè)的多個(gè)環(huán)節(jié)都有著巨大的應(yīng)用價(jià)值，很多建筑企業(yè)開始將其納入到實(shí)際的建筑采購(gòu)單上，這意味著該材料具備先進(jìn)性。而作為建筑用碳纖維復(fù)合材料而言，需要不斷實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的調(diào)整，優(yōu)化技術(shù)方案，由此進(jìn)入到更加理想的生產(chǎn)制作中去。

1.建筑用碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)分析

碳纖維作為纖維狀態(tài)的材料，其化學(xué)成分中碳含量分?jǐn)?shù)在90%以上，由此形成的復(fù)合材料有著很強(qiáng)的性能優(yōu)勢(shì)：高比強(qiáng)度，高比模量，耐高溫和低溫，耐腐蝕性，耐疲勞，抗蠕變，導(dǎo)電性能和傳熱性能也更加優(yōu)質(zhì)，不僅僅可以在結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷中發(fā)揮效能，還可以扮演功能材料的角色。這種材料的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，因?yàn)槭嵌嗉夹g(shù)多學(xué)科之間的融合，一般情況下是在各種纖維作為原絲，經(jīng)過氧化碳化高溫處理之后生產(chǎn)出來的產(chǎn)品。

碳纖維復(fù)合材料在多種領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)中都有著十分廣泛的應(yīng)用，并且因?yàn)槠渥陨愍?dú)特的優(yōu)勢(shì)，其市場(chǎng)需求還處于不斷增長(zhǎng)的狀態(tài)。下圖1為CCeV對(duì)于全球碳纖維市場(chǎng)需求量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出的發(fā)展趨勢(shì)圖。從實(shí)際全球碳纖維市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)前建筑行業(yè)的占比僅僅為4%，但是從整個(gè)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，這個(gè)比例很有可能在未來處于不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。由此在建筑行業(yè)中使用更加先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料，就需要對(duì)于實(shí)際碳纖維復(fù)合材料的工藝生產(chǎn)技術(shù)方案進(jìn)行更新，由此進(jìn)入到更加理想的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用格局。

也就是說未來碳纖維復(fù)合材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)展現(xiàn)出規(guī)?；奶攸c(diǎn)，此時(shí)就需要確保實(shí)際碳纖維含量和注塑成型工藝朝著更加規(guī)范化的方向發(fā)展，此時(shí)對(duì)于生產(chǎn)制造企業(yè)而言，就需要實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)的合理設(shè)定，確保對(duì)應(yīng)生產(chǎn)出來的復(fù)合材料產(chǎn)品各方面的性能能夠更加優(yōu)質(zhì)。

2.碳纖維復(fù)合材料注塑成型和工藝分析

此次我們以大連國(guó)瑞炭材料有限公司生產(chǎn)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(jìn)行對(duì)應(yīng)碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程和結(jié)果進(jìn)行歸結(jié)，由此客觀的分析實(shí)際碳纖維復(fù)合材料注塑成型和工藝存在的問題。因?yàn)樘祭w維復(fù)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(duì)應(yīng)的形狀和尺寸，據(jù)此設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)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(jìn)行。主要從溶體溫度，注射壓力，保壓壓力，注射時(shí)間四個(gè)思維來進(jìn)行評(píng)定，關(guān)注的是碳纖維復(fù)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(shù)。設(shè)定四個(gè)組別的數(shù)據(jù)，確定實(shí)際的工業(yè)參數(shù)得以界定，然后按照實(shí)際的工藝參數(shù)來進(jìn)行施工。

在此基礎(chǔ)上采取正交試驗(yàn)的方式來進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下的結(jié)論：對(duì)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(shí)間。依照實(shí)際翹曲總變形為基本考核指標(biāo)，實(shí)際碳纖維復(fù)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(shù)為：溶體溫度為305度，注射壓力為155MPa，保壓壓力為86MPa，注射時(shí)間為3秒鐘。

以體積收縮率為考核基準(zhǔn)，對(duì)于其產(chǎn)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(shí)間，從這個(gè)角度來看，建筑用碳纖維復(fù)合材料的注塑工藝方案也得以界定，實(shí)際的參數(shù)為：溶體溫度為305度，注射壓力位185MPa，實(shí)際的保壓壓力位85MPa，注射的時(shí)間為3秒。

以縮痕為基本指標(biāo)，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(shí)間。此時(shí)也可以得出對(duì)應(yīng)的最佳施工工藝方案，實(shí)際的參數(shù)為溶體溫度為305度，注射壓力為155MPa，保壓壓力為85MPa，注射時(shí)間為3秒鐘。

接著使用綜合平衡法對(duì)于上述指標(biāo)的順序進(jìn)行排序組合，依照理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)際的結(jié)果進(jìn)行歸結(jié)，由此可以得出更加理想的注塑成型工藝參數(shù)組合，繼而對(duì)于實(shí)際的工業(yè)參數(shù)進(jìn)行界定，這將成為后續(xù)實(shí)現(xiàn)新型建筑用碳纖維材料注塑成型和工藝優(yōu)化的依據(jù)。

3.碳纖維復(fù)合材料注塑成型和工藝優(yōu)化策略

從上述碳纖維復(fù)合材料注塑成型和工藝優(yōu)化的過程來看，實(shí)際碳纖維復(fù)合材料優(yōu)質(zhì)性能的發(fā)揮，還需要做好其他各個(gè)方面的工作，由此才能夠切實(shí)的發(fā)揮對(duì)應(yīng)材料在促進(jìn)建筑工程質(zhì)量和效益提升中的效能。詳細(xì)來講述，主要可以歸結(jié)為如下幾個(gè)方面：

3.1建立碳纖維復(fù)合材料注塑生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

在一定時(shí)間段下，建筑用碳纖維復(fù)合材料的注塑生產(chǎn)工藝是相對(duì)固定的，這對(duì)于滿足實(shí)際規(guī)?；a(chǎn)而言是很有必要的。也就是說，要積極建立碳纖維復(fù)合材料注塑生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其歸結(jié)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，妥善處理好這些標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，然后在實(shí)際生產(chǎn)訂單上進(jìn)行備注，這樣可以更快的形成對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)制與實(shí)際的市場(chǎng)需求保持吻合。當(dāng)然在實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定的過程中，需要發(fā)揮多方面行為主體的效能，行業(yè)協(xié)會(huì)，重點(diǎn)企業(yè)，企業(yè)生產(chǎn)工人，科研機(jī)構(gòu)等，都應(yīng)該積極主動(dòng)的在此過程中發(fā)揮效能，針對(duì)于實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建，可以積極去借鑒國(guó)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，考慮到未來我國(guó)在此行業(yè)中的不斷發(fā)展和進(jìn)步，確保實(shí)際的工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)是合情合理的，是能夠引導(dǎo)建筑用碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)朝著更加理想方向發(fā)展的。依靠這樣的方式，可以使得碳纖維復(fù)合材料的注塑生產(chǎn)工藝朝著更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展，這對(duì)于迅速的實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)份額的占據(jù)而言，也是至關(guān)重要的。

3.2注重碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的研發(fā)投入

從上述實(shí)驗(yàn)的過程可以看出，碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)工藝需要在不斷的探索中進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)前在此方面取得的成就，就是之前在此領(lǐng)域的研發(fā)投入產(chǎn)生的結(jié)果。從這個(gè)角度來看，要繼續(xù)加大對(duì)于碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的研發(fā)投入。為此需要積極做好如下幾個(gè)方面的工作：其一，國(guó)家將碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)來發(fā)展，積極建立對(duì)應(yīng)的扶持機(jī)制，發(fā)揮自身在各項(xiàng)科研資源，資金資源，項(xiàng)目資源配置中的效能，使得實(shí)際的宏觀研發(fā)體系得以構(gòu)建;其二，鼓勵(lì)更多的此領(lǐng)域的專家參與到實(shí)際的項(xiàng)目研發(fā)中去，可以與企業(yè)一起來進(jìn)行研討，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝訴求來進(jìn)行對(duì)應(yīng)方案的調(diào)試，繼而確保的研發(fā)方向是符合企業(yè)未來發(fā)展訴求的;其三，要對(duì)于在此方面有著突出表現(xiàn)的企業(yè)或者個(gè)人進(jìn)行表?yè)P(yáng)，注重其知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制，確保碳纖維復(fù)合材料的研發(fā)環(huán)境朝著更加理想的方向發(fā)展和進(jìn)步;其四，要建立完善的產(chǎn)學(xué)研相互結(jié)合的機(jī)制，確保在對(duì)應(yīng)的平臺(tái)上可以引導(dǎo)實(shí)際項(xiàng)目的開展，研究的成果可以迅速的融入到實(shí)踐生產(chǎn)中去，繼而迅速的展現(xiàn)出工藝優(yōu)化對(duì)于市場(chǎng)產(chǎn)品體系完善的影響力，這對(duì)于各個(gè)方面效能的發(fā)揮而言，都是很有幫助意義的。

4.結(jié)語

由此可見，新型建筑用碳纖維材料生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，是引導(dǎo)碳纖維材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，也是改變我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)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(jìn)行多維度的部署，繼而確保實(shí)際的新型建筑用碳纖維材料生產(chǎn)工藝朝著更加優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展。很明顯，為了達(dá)到這樣的目標(biāo)，還需要培養(yǎng)一大批這樣的優(yōu)秀研發(fā)和設(shè)計(jì)人才，懂得在生產(chǎn)實(shí)踐優(yōu)化的過程中發(fā)揮自己的效能。

參考文獻(xiàn)

[1]肖長(zhǎng)發(fā). 纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代化工，1995（06）：9-13.

[2]楊勇新，岳清瑞. 建筑工程應(yīng)用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2012（02）：30-32.

[3]文明才. 建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（03）：17-19.

[4]左中鵝，黃故. 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在混凝土柱體構(gòu)件加固修復(fù)中的應(yīng)用[J]. 天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（01）：16-19.

[5]孫敬濤，王真義，董林. 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的改性研究[J]. 鑄造技術(shù)，2017，38（06）：1332-1334+1341.