干法缠绕碳纤维/环氧树脂预浸材料的制备及产业化技术”项目取得突破

2022年6月30日，中国纺织工业联合会组织召开了由东华大学、山东江山纤维科技有限公司和山东国碳复材科技有限公司共同承担的“干法缠绕碳纤维/环氧树脂预浸材料的制备及产业化技术”项目鉴定会，鉴定委员会认为项目总体技术达到国际先进水平。项目研究成果简要介绍如下：

一、项目研究背景

碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强、耐疲劳性能好和可设计性强等优点，已经广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车运输、风力发电和海洋工程等领域。而复合材料传统成型工艺的自动化程度和生产效率仍较低，制品的质量稳定性较差，制造成本较高。

近年来，以纤维缠绕成型为代表的低成本高效复合材料自动化成型技术得到行业的高度关注和快速发展。相对于传统湿法缠绕成型，该项目研究的干法缠绕成型省去了缠绕前的浸渍，并且拥有高的制备效率和优良的工作环境，同时也解决了湿法缠绕中制品树脂含量和性能不稳定等缺陷。国外已对干法缠绕技术进行较为深入的开发和应用，但国内干法缠绕技术仍处于初级阶段，主要因为干法缠绕预浸纱的制备技术为少数发达国家的技术封锁。针对国内干法缠绕成型用碳纤维增强环氧树脂预浸纱及复合材料的需求，以及干法缠绕工艺未来巨大的市场潜力，项目采用一步法研制具有良好缠绕工艺性、储存周期长，且工艺性能良好、力学性能优良的碳纤维环氧树脂预浸纱/丝束，满足干法缠绕成型制备高性能碳纤维复合材料的需求。

二、项目主要创新点

项目研究了环氧树脂预固化机理及调控机制，开发了干法缠绕预浸纱配套环氧树脂体系及增韧固化调控技术；研发了基于大数据的响应面优化调控预浸纱树脂含量与表面质量的关键技术，形成了干法缠绕碳纤维/环氧树脂预浸纱一步法连续制备与评价成套技术与装备；实现了碳纤维/环氧树脂预浸材料连续稳定制备及产业化应用，开发了预浸纱干法缠绕制备高性能复合材料的应用技术。

项目具有自主知识产权，已获授权相关专利11件，其中发明专利3件。

批量生产预浸纱/束产品

三、项目产业化及应用情况

项目已建成单线产能150吨/年碳纤维环氧树脂预浸纱生产线4条，并实现批量生产和销售，有效提高干法缠绕复合材料的生产效率和产品质量，相关复合材材料产品已经在轨道交通、机械装备以及体育器材等领域得到应用，经济和社会效益良好。

四、项目成果单位简介

东华大学是教育部直属、国家“211工程”、国家“双一流”建设高校。东华大学建有专业从事复合材料研发的民用航空复合材料协同创新中心，重点开展复合材料结构设计、关键中间材料开发、成型技术以及性能评价与验证等研究。

山东江山纤维科技有限公司深耕复合材料行业20年，是国家高新技术企业、山东省“专精特新”企业、山东省新材料领军企业50强企业。与东华大学、山东大学等高等院校建有新型“产学研”合作，现拥有授权发明专利2项，实用新型专利21项。

公司掌握碳纤维编织、预浸、缠绕、拉挤、针刺等工艺核心技术，打造“鑫硕”、“方时”、“江山”、“国碳”“江拓”五大自主品牌。

公司独立研发的FRD系列匹配的树脂体系，推出了“预浸纱线”“高强高韧”“无卤阻燃”“高强高模”“高透明性”“耐高温性”“低温/快速固化”“高透波”等系列环氧复合树脂材料，将纤维和树脂性能发挥到极致，专业解决客户一直纠结的适配性难题。

山东国碳复材科技有限公司成立于2016年1月，公司现有成套的湿法缠绕、Towpreg 缠绕、板材拉挤、管材拉挤、模压及 RTM 等复合材料生产设备，可为体育休闲、新能源汽车、航空航天及其他工业领域提供优质的产品及服务。

公司利用江山纤维在环氧树脂配方研发方面的雄厚实力和在预浸工艺上的多年技术积累，通过与东华大学的广泛深入交流和合作，结合本身在缠绕技术和装备上的优势，积极探索干法缠绕技术改进及干法缠绕的中间材料- 预浸纱线的规模化生产与推广。