【文章內容簡介】 利用江城碳纖維有限公司所在開發(fā)區(qū)被國家科技部定為國家碳纖維基地的優(yōu)勢，積極與上下游相關產(chǎn)業(yè)、高校及科研機構的強強聯(lián)合，突破高端碳纖維及制品的瓶頸，使產(chǎn)品逐步達到 T700T800 的高端體系標準，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，提高企業(yè)抗風險能力，提高產(chǎn)品附加值，使江城碳纖維有限公司成為在國內能夠代表國際先進水平的國家級碳纖維及其制品的生產(chǎn)基地。 15 四 建設規(guī)模與產(chǎn)品方案 建設規(guī)模 項目擬以風力發(fā)電葉片用碳纖維預浸布為主要產(chǎn)品，建設年產(chǎn) 300 萬平方米預浸料生產(chǎn)線和年產(chǎn) 100 萬平方米兩維及三維碳纖維織物生產(chǎn)線，形成年產(chǎn) 300 萬平方米風電葉片用碳纖維預浸料的生產(chǎn)能力。 產(chǎn)品方案 根據(jù)生產(chǎn)建設規(guī)模，本項目確定產(chǎn)品生產(chǎn)方案為： 產(chǎn)品方案表 產(chǎn)品名稱 年產(chǎn)量 預浸料 150克 /平方米系列 100萬平米 175克 /平方米系列 200萬平米 合計 300萬平米 碳纖維編織布 200克 /平方米系列 50萬平米 400克 /平方米系列 50萬平米 合計 100萬平米 說明 ： ，這就是碳纖維預浸布。將碳纖維經(jīng)過預浸漬，制成預浸料和預浸布是碳纖維復合材料的主要形式。 。 為適應市場需求對生產(chǎn)品種進行細化分級，發(fā)展高品級、多規(guī)格品種產(chǎn)品。 16 五 場址選擇 廠址概況 本項目建設在吉林省吉林市 吉林經(jīng)濟開發(fā)區(qū)碳纖維產(chǎn)業(yè)園區(qū) 自然概況 （ 1） 廠址自然條件 項目所在地理位置 坐標為東經(jīng) 126176。30′ ，北緯 43176。58′ 。經(jīng)開區(qū)位于吉林市區(qū)西北方向約 20 公里，距長春市 88 公里。經(jīng)開區(qū)通過吉長北線及松花江路與吉林市中心城區(qū)相通，通過長 — 吉高速、長 — 圖、沈 — 吉、舒 — 棋鐵路與外部聯(lián)系。 區(qū)域內主要交通干線有兩條，一條為九站至吉林機場的公路，另一條為九站至現(xiàn)有廠址的道路，其它道路網(wǎng)正在形成。國家干線鐵路吉 — 長線、九江線從開發(fā)區(qū)通過。 （ 2） 工程地質、水文地質和地震烈度 廠址區(qū)域內地勢平坦，西部為二級階地，南部為臺地丘陵，東部和北部為平原。土質類型為中硬，建筑場地類型為 Ⅱ 類。廠區(qū)土地主要以松花江一級階地和二級階地為主。階地由第四紀沖擊物組成，厚度為 15— 40m，下 伏地層為第三紀砂巖、粉砂巖。臺地丘陵呈微起伏狀，相對高差一般小于 70m，其表層由黃土狀亞黏土覆蓋，厚 9— 15m，下部基巖為新生代第三紀花崗巖。 該地區(qū)地表水為松花江，發(fā)源地為吉林省長白山主峰白頭山，廠址區(qū)域供水水源為松花江吉林段，長 ，河道坡度為 ﹪，多年平均流量為 立方米 /秒，根據(jù)《吉林市吉林經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃》， 17 規(guī)劃開發(fā)區(qū)的防洪標準為百年一遇。本工程位于開發(fā)區(qū)內，由開發(fā)區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃設置。 廠址位于經(jīng)開區(qū)沈陽 — 舒蘭、吉林 — 扶余兩個潛在震源內，依據(jù)《吉林市地震小區(qū)劃分》等資 料，廠址地震烈度為 7 度。 （ 3） 自然氣象條件 本工程建設地點的自然和氣象條件詳見下表： 自然、氣象條件表 序號 自然、氣象要素 單 位 數(shù) 值 備 注 1 海拔 m ～ 2 氣溫（干球溫度） 年平均溫度 ℃ 極端最高溫度 ℃ 極端最低溫度 ℃ 最熱月（七月）平均溫度 ℃ 最冷月（一月）平均溫度 ℃ 最熱月（七月）平均最高溫度 ℃ 最冷月（一月）平均最低溫度 ℃ 3 相對濕度 年平均相對濕度 % 70 最熱月平均相對濕度 % 80 最冷月平均相對濕度 % 72 年平均水氣壓 kPa 4 大氣壓 年平均 kPa 夏季平均 kPa 冬季平均 kPa 5 風向、風速 年最多風向及頻率 % 14 主導風向： SW 夏季最多風向及頻率 % 13 風向 ： SE 冬季最多風向及頻率 % 風向： SW 年平均風速 m/s 18 序號 自然、氣象要素 單 位 數(shù) 值 備 注 最大風速 m/s 離地面 10米處 基本風壓 kN/m2 離地面 10米處 6 降雨量 年平均年降雨量 mm 日最大降雨量 mm 小時最大降雨量 mm 7 雪 最大積雪厚度 m 基本雪壓 kN/m2 8 其它 最大凍土深度 m 凍結日期 — 11月 22日 解凍日期 — 3月 31日 年平均日照 小時 年雷暴日 d 41 年均蒸發(fā)量 mm 年平均霧凇日數(shù) d 19 六 技術方案、設備方案、工程方案 技術方案 目前碳纖維在國內外風能發(fā)電領域應用空間十分廣闊，風力發(fā)電設備用碳纖維預浸布需求量也逐年增多，市場發(fā)展?jié)摿Υ?。技術來源 。哈爾濱工業(yè)大學化工學院、山東大學材料科學與工程學院的風電葉片用碳 纖維預浸料生產(chǎn)技術。 碳纖維從技術研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化是一個漫長的過程。本項目以引進 進口 設備為主，實現(xiàn)從原絲到碳化碳纖維復合材料生產(chǎn)的目標。 （ 1） 主要工藝技術路線及特點 ● 預浸料工藝技術 目前熱固性樹脂基體碳纖維 預浸料 的生產(chǎn)主要為兩種工藝：溶液浸漬法和熱熔法。這兩種工藝方法各有利弊，互為補充，未來這兩種 生產(chǎn)工藝將會同時存在，以適應不同需求，但熱熔法工藝應用的愈來愈普及。國外對熱熔法生產(chǎn)實現(xiàn)了工藝過程的自動監(jiān)控，在制模階段使用計算機控制膠膜厚度，從而確保了樹脂含量的均勻度。 a 溶液浸漬法 溶液浸漬法是把樹脂基體各組分按規(guī)定的比例，溶解于低沸點溶劑中，使其成為具有一定濃度的溶液，然后將纖維束或織物以規(guī)定的速度通過樹脂基體溶液，使其浸上定量的樹脂基體，該法必須有除去溶劑的工序。 溶液浸漬法還可區(qū)分為輥筒纏繞法和 多束纖維或織物連續(xù)浸漬法。輥筒纏繞法是將纖維束通過樹脂基體溶液的膠槽，經(jīng)過幾組導向輥、除去多余的樹脂，隨后平行纏繞在輥筒上，待繞滿輥筒后停機，沿輥筒縱向切開，即可得到一張單向預浸料。其寬度與輥筒長度有關，而長度取決于輥筒的 20 直徑。 這種工藝效率較低，適于新產(chǎn)品研究和開發(fā)，可做為教學工具。以一束纖維、少量樹脂即可制備預浸料，并能夠評價樹脂基體和纖維乃至復合材料的性能 。 多絲束或織物連續(xù)浸漬法工藝過程為：從紗架引出纖維束，調節(jié)每束纖維張力使之基本相等，經(jīng)過整徑、分散和展平、進入浸膠槽、通過擠膠除去多余的樹脂，隨 后進入烘干爐，使溶劑揮發(fā)，再經(jīng)檢測裝置檢查樹脂含量和預浸料質量，最后用離型紙或壓花聚乙烯薄膜覆蓋并收卷。多絲束連續(xù)浸漬工藝可以采用臥式預浸機也可采用立式預浸機，前者由于占地面積大，加之預浸料要通過長距離的加熱通道，工藝困難、質量難以保證，目前廣泛采用的是立式工藝和設備。下圖為溶液法臥式預浸工藝示意圖和溶液法立式預浸工藝的示意圖。 21 溶液浸漬法預浸料的樹脂含量取決于膠槽中樹脂基體溶液的濃度、增強材料的線速度和擠膠輥的間距。前者隨預浸工藝的進行，溶劑不斷揮發(fā)，樹脂基體溶液濃度一直在增 大，預浸料樹脂含量相應增加，為此，設備應包括一個具有足夠容積的樹脂基體溶液貯罐，使膠槽和貯罐的樹脂基體溶液不斷循環(huán)。同時，貯罐中有補充溶劑和測定溶液濃度系統(tǒng)，從而保證膠槽中溶液濃度基本不變。工藝過程的線速度和擠膠輥間距可直接調節(jié)，通過上述措施，預浸料樹脂含量一般可以控制在 177。3%以內，嚴格控制還可達到177。2%。 溶液浸漬法的優(yōu)點是增強材料容易被樹脂基體浸透；可以制造薄型預浸料，也可制造厚型預浸料；設備造價相對較低。缺點是需要干燥爐除去溶劑或進行溶劑回收。處理不當會引起燃燒或引起環(huán)境污染；預浸料往往 22 殘留一定量的溶 劑，成型時易形成空隙，影響復合材料性能。 b 熱溶法 熱熔法是在溶液浸漬法的基礎上發(fā)展起來的，以免去溶液浸漬法因溶劑帶來的諸多不便。這一方法是預浸料制備工藝的一大進步，正迅速得到推廣和應用。目前發(fā)達國家的專業(yè)化預浸料公司大都采用熱熔法制備預浸料，特別是主承力結構用的預浸料。 熱熔法因其工藝步驟不同，又可分為直接熱熔法（也稱一步法） 和膜膠壓延法（也稱兩步法）。前者是將樹脂基體置于膠槽中，加熱到一定溫度、使樹脂熔融，然后將纖維束依次通過展開機構、膠槽、幾組擠膠輥、重排機構最后收卷，典型工藝過程見 直接熱熔法工藝示 意圖 。 該工藝要求樹脂基體有良好流動性，在不高的溫度下呈流動態(tài)，有利于浸潤纖維。該法主要用于制備粗紗或窄帶預浸料，作纏繞構件用。通常預浸料樹脂含量低、控制精度高。如直升機槳殼系統(tǒng)夾板用單向粗紗預浸帶，樹脂含量 23%，控制精度 177。1%。 23 膜膠壓延法（也稱兩步法）是目前廣泛采用的方法，是生產(chǎn)預浸料的第一選擇。該法一般包括制膜和預浸兩個步驟。 上圖是制膜工藝的示意圖。即先將樹脂基體置于混合器中充分混合，待加熱到最佳涂膜溫度后，用電機驅動的計量泵或通過壓力將樹脂基體輸送到涂膠輥，調節(jié)涂膠輥的間距和離 型紙的運行線速度，可以制得不同厚度的膠膜。用 β 射線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的溫度，盡量減少其固化程度，隨后收卷、包裝，存放于冷庫待用。 上圖是預浸過程的示意圖。從紗架引出纖維，調節(jié)張力后，通過蓖子集束、展平到規(guī)定的寬度、從上、下膠膜輥引出預先制好的膠膜，并和纖維形成夾夾芯結構，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，纖維嵌入樹 24 脂基體中。經(jīng)過冷卻段、降低預浸料溫度和覆蓋聚乙烯薄膜后，切邊、收卷，制得預浸料。 熱熔浸漬法的優(yōu)點是工藝過程線速度大、效率高；樹脂含量容易控制；沒有溶劑， 預浸料揮發(fā)分含量低，工藝安全；不需要干燥爐、減少了環(huán)境污染；制膜和浸漬過程可以分步進行，減少了材料特別是昂貴增強材料的損失；且這種工藝預浸料的外觀質量也較好。缺點是厚度大的預浸料特別是織物難于浸透，高粘度的樹脂難于浸漬、離型紙和薄膜用量較大。 c 熱熔法環(huán)氧樹脂體系的選擇 熱