將碳纖維復(fù)合材料加工成各種造型的工業(yè)零部件，目的是為了將材料自帶的高強(qiáng)機(jī)械性能應(yīng)用到不同的行業(yè)和領(lǐng)域，但加工碳纖維產(chǎn)品并不是一件簡(jiǎn)單的事情。選擇適合的加工工藝，并在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)注重細(xì)節(jié)，可以較大程度的保留原先具備的高性能水平。智上新材料作為碳纖維零部件生產(chǎn)廠商，對(duì)此有一定的心得和經(jīng)驗(yàn)，在此做一些簡(jiǎn)單的分享。

　　定制加工碳纖維零部件，如何保持較高的性能水平？

　　加工生產(chǎn)高性能碳纖維零部件，需要從材料選擇、工藝設(shè)計(jì)、過(guò)程控制到后續(xù)處理全流程的精密管理。都說(shuō)細(xì)節(jié)決定成敗，這個(gè)道理用在碳纖維零部件的加工上非常契合，一個(gè)小小的失誤，可能就會(huì)大幅降低碳纖維零部件的整體性能。想要實(shí)現(xiàn)高性能碳纖維零部件的生產(chǎn)，不妨從下面這些關(guān)鍵步驟和技術(shù)要點(diǎn)著手。

　　1、主材和輔材選擇

　　碳纖維品類(lèi)：根據(jù)性能需求選擇高模量（如M40J）、高強(qiáng)度（如T800）或高延伸率纖維（如T1000），航空航天領(lǐng)域常用高模高強(qiáng)纖維，體育器材可能側(cè)重性價(jià)比。

　　樹(shù)脂基體類(lèi)型：通用環(huán)氧樹(shù)脂、耐高溫雙馬來(lái)酰胺（BMI）、熱塑性聚醚醚酮（PEEK）等，另外需要匹配纖維的浸潤(rùn)性和固化特性。

　　預(yù)浸料控制：確保樹(shù)脂含量（±2%公差）、揮發(fā)分含量（<1%），避免儲(chǔ)存過(guò)程中吸潮或過(guò)期。

　　脫模劑：選擇耐高溫（如聚四氟乙烯涂層）或半永久性脫模劑，避免殘留污染。

　　芯材與夾層：蜂窩芯（Nomex）、泡沫芯（PET）需預(yù)干燥處理，防止固化時(shí)產(chǎn)生氣泡。

　　2、鋪層和模具設(shè)計(jì)

　　鋪層設(shè)計(jì)：鋪層角度方面，0°（主承載方向）、±45°（抗剪切）、90°（橫向增強(qiáng)），通過(guò)各向同性鋪層，平衡各向異性；鋪層厚度方面，采用階梯式過(guò)渡或漸變鋪層，避免厚度不一導(dǎo)致應(yīng)力集中。另外可使用有限元分析（FEA），模擬載荷下的應(yīng)變分布，優(yōu)化鋪層順序（如外層用±45°抗沖擊）。

　　模具設(shè)計(jì)：充分考慮模具材料（鋼、鋁、復(fù)合材料）的熱膨脹系數(shù)，需與碳纖維部件接近，避免脫模時(shí)發(fā)生變形；另外需要考慮分型線設(shè)計(jì)，確保脫模順暢，復(fù)雜曲面采用模塊化模具或硅膠軟模。

　　3、成型工藝選擇與控制

　　a、主流成型工藝

　　熱壓罐成型（航空航天級(jí)）：高壓（0.5~0.7 MPa）、高溫（120~180℃）下固化，孔隙率<1%，纖維體積含量達(dá)60%~65%。

　　樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）（汽車(chē)部件）：閉模注膠，控制注膠速度（防止干斑）和壓力（0.3~0.6 MPa），適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

　　纏繞成型（壓力容器、管材）：精確控制纖維張力（20~50 N）和纏繞角度（±55°螺旋纏繞）。

　　3D打印（快速原型）：碳纖維增強(qiáng)熱塑性（如PA-CF）打印，層間結(jié)合強(qiáng)度是關(guān)鍵。

　　b、工藝參數(shù)控制

　　固化曲線：階梯升溫（如80℃預(yù)固化→120℃主固化→后固化180℃），避免樹(shù)脂暴聚導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力集中。

　　真空度：維持-0.095 MPa以上，確保樹(shù)脂充分浸潤(rùn)并排出氣泡。

　　壓力均勻性：熱壓罐中需保證壓力梯度<5%，避免局部壓實(shí)不足。

　　4、后加工與表面處理

　　a、機(jī)械加工

　　切割：水刀切割（壓力400 MPa）或金剛石涂層刀具，防止纖維分層。

　　鉆孔：使用聚晶金剛石（PCD）鉆頭，轉(zhuǎn)速2000~5000 rpm，進(jìn)給速度0.01~0.05 mm/轉(zhuǎn)。

　　打磨：碳化硅砂紙（180~400目）逐級(jí)拋光，避免過(guò)度磨損纖維。

　　b、表面處理

　　涂層：耐高溫聚氨酯涂層（汽車(chē)件）、抗UV涂層（戶外器材）。

　　金屬化：真空鍍膜（鋁、鎳）提升導(dǎo)電性或電磁屏蔽性能。

　　5、高性能優(yōu)化技術(shù)

　　a、界面增強(qiáng)

　　纖維表面處理：等離子體處理或上漿劑（環(huán)氧硅烷）提升纖維-樹(shù)脂結(jié)合力。

　　納米改性：添加碳納米管（0.5~2 wt%）或石墨烯，提高層間韌性和導(dǎo)電性。

　　b、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

　　混合鋪層：碳纖維與凱夫拉或玻璃纖維混合，平衡成本與抗沖擊性。

　　一體化成型：共固化嵌入金屬接頭（鈦合金預(yù)埋件），避免機(jī)械連接弱化。

　　智上新材料認(rèn)為：碳纖維制品生產(chǎn)加工是跨學(xué)科的高端制造技術(shù)，涉及材料、工藝、設(shè)備的緊密配合，核心在于通過(guò)精密控制纖維方向、樹(shù)脂含量和成型條件，最大化發(fā)揮材料性能。而隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，碳纖維正從高端領(lǐng)域向民用市場(chǎng)快速滲透，成為未來(lái)輕量化制造的關(guān)鍵材料，這也是為什么我國(guó)近10年內(nèi)大力發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)的根本原因。