
复合材料(Composite material)是对应于单一材料(金属、无机非金属和有机高分子材料)的概念,通过将单一材料复合制造,以弥补单一材料的缺陷。典型的复合材料为纤维增强树脂基体复合材料,高性能纤维增强体很大程度上决定了这类复合材料的力学性能,是复合材料制造的核心。
碳纤维(Carbon Fiber)是高性能纤维的一种,是由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。整个碳纤维产业链包括原料提取、原丝制造、碳纤维制造、碳纤维复材等。首先,产业链上游企业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯,并经氨氧化后得到丙烯腈;丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝;然后,产业链中下游企业再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维;碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料;碳纤维或织物与树脂、陶瓷等材料结合,可形成碳纤维复合材料,最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。
碳纤维复合材料中最主要的类型为碳纤维树脂增强复合材料(CFRP),据《2020年全球CFRP市场报告》,其产值占所有CFRP的80%左右。CFRP和其他树脂基复合材料的成型工艺差别不大,主要分为两类:一类为预浸料铺放成型,即生产预浸料后通过压力罐或其他摸具,在一定温度和压力下压挤成型;另一类不需要生产预浸料,直接将碳钎维(或织物)和树脂混杂在一定模具内成型,包括RTM、拉挤板和缠绕成型工艺。各种工艺成本、用途不同,但总体来看对设备投资要求较高,且与下游应用联系深入。