碳纖維復(fù)合材料是碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。碳纖維板是碳纖維復(fù)合材料的主要應(yīng)用形式之一，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，成為不可替代的新型材料。

碳纖維板材加工使用的原材料是碳纖維預(yù)浸料，根據(jù)預(yù)浸料中碳纖維絲束大小分為1k、3k、6k、12k等，一般常用3k居多，根據(jù)板材表面紋路可分為平紋、斜紋，根據(jù)表面處理效果可分為亮光、啞光，還可以根據(jù)要求進(jìn)行雕刻加工。具體的加工過程包括對(duì)原材料的剪裁、鋪層、固化、切割及后加工等程序。

1、預(yù)浸料的剪裁：

要根據(jù)板材的長(zhǎng)度和寬度對(duì)預(yù)浸料進(jìn)行剪裁，并根據(jù)板材的厚度確定預(yù)浸料的厚度。常規(guī)的板材厚度有：0.2mm、0.5mm、、1.0mm、1.5mm、2.0mm、3.0mm、5.0mm、6.0mm、10.0mm、20mm等，山東英特力新材料有限公司在碳纖維板生產(chǎn)方面擁有多年豐厚的經(jīng)驗(yàn)，可按照客戶需求定制不同厚度的碳纖維板材。板材的厚度越大，需要層疊的預(yù)浸料層數(shù)越多，一般2mm厚度的板材，就需要10層預(yù)浸料。公司引進(jìn)美國(guó)格博自動(dòng)裁剪機(jī)對(duì)預(yù)浸料進(jìn)行初加工，更好的控制裁剪尺寸及質(zhì)量，先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備保障了產(chǎn)品質(zhì)量。在預(yù)浸料剪裁之前必須進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)的優(yōu)化，最大化地利用預(yù)浸料，減少邊余量的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本。

2、預(yù)浸料的鋪層：

根據(jù)板材對(duì)拉伸力、剪切力和強(qiáng)度方面的需求，確定預(yù)浸料的鋪層方向和鋪層順序。鋪層方向包括0°、45°、90°、-45°這幾種，鋪層順序在實(shí)際操作中，需要根據(jù)所承擔(dān)載荷的類型來選擇角度取向，即為了最大程度的利用纖維在軸向上的高性能。

纖維鋪設(shè)方向要根據(jù)載荷的主方向設(shè)定，在點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)，角度為0°的鋪層對(duì)應(yīng)正應(yīng)力，角度為±45°的鋪層對(duì)應(yīng)剪應(yīng)力，角度為90°的鋪層是用來保證在復(fù)合材料制件的徑向上有足夠的正壓力，若復(fù)合材料板材承受的載荷以拉壓載荷為主，那么鋪層方向應(yīng)該選擇拉壓載荷的方向;若復(fù)合材料制件承受的載荷以剪切載荷為主，那么鋪層之中要以45°和-45°成對(duì)鋪設(shè)為主;若復(fù)合材料制件所承受的載荷情況復(fù)雜，同時(shí)包括多種載荷，那么鋪層設(shè)計(jì)時(shí)以0°、±45°、90°多方向混合鋪設(shè)。

總之，鋪層順序的不同不僅影響基體裂紋的起始載荷、擴(kuò)展速率、斷裂韌性，也將對(duì)基體裂紋的飽和和裂紋密度產(chǎn)生顯著的影響。例如，對(duì)正交層板而言，在相同的外加載荷作用下斷裂韌性與裂紋擴(kuò)展速率存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是，對(duì)于不同鋪層順序的優(yōu)劣，不能一概而論，應(yīng)根據(jù)不同的使用要求，充分發(fā)揮復(fù)合材料性能的可設(shè)計(jì)性優(yōu)勢(shì)。

3、預(yù)浸料的固化：

預(yù)浸料經(jīng)過剪裁和有序鋪疊后，就要進(jìn)入烘烤固化環(huán)節(jié)。預(yù)浸料被放置于預(yù)定溫度的模具中加壓加熱后，熱壓模具閉合，層合材料在熱壓下逐漸固化并達(dá)到一定的固化度，模具打開，在牽引裝置牽引下，離開熱壓模具，完成固化。

在整個(gè)固化過程中，應(yīng)根據(jù)板材的性能需求，分階段調(diào)整固化的時(shí)間和溫度，不同的溫度以及受熱時(shí)間都會(huì)對(duì)碳纖維板材的材料性能產(chǎn)生影響，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，在滿足制件后固化階段保持尺寸穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量縮短熱壓階段的時(shí)間。

傳統(tǒng)生產(chǎn)都是使用模壓工藝生產(chǎn)碳纖維板，英特力新材料公司生產(chǎn)的碳纖維板材全部使用熱壓罐工藝生產(chǎn)，此工藝相比模壓工藝產(chǎn)品穩(wěn)定性、表面處理、厚度公差等方面都要更好，產(chǎn)品品質(zhì)能得到有力保障。

4、板材的后加工：

碳纖維板在固化成型后，為了精度要求或裝配需要，還要進(jìn)行切削、鉆孔等后加工。在切削工藝參數(shù)、切割深度等相同條件下，選擇不同材料、尺寸、形狀的刀具和鉆頭，效果上有很大差異，與此同時(shí)，刀具和鉆頭的力度、方向、時(shí)間和溫度等因素也會(huì)影響到加工的結(jié)果。

在后加工過程中，盡量選擇帶金剛石涂層的鋒利刀具和整體硬質(zhì)合金的鉆頭，刀具和鉆頭本身的耐磨性決定了加工的質(zhì)量和工具的使用壽命。如果刀具和鉆頭不夠鋒利或者使用不當(dāng)，不僅會(huì)加速磨損，提高產(chǎn)品的加工成本，更會(huì)造成板材損傷，影響板材的形狀、尺寸以及板材上孔、槽等加工部位尺寸的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成材料出現(xiàn)層狀撕裂，甚至是塊狀崩落，導(dǎo)致整塊板材的報(bào)廢。

在對(duì)碳纖維板材進(jìn)行鉆孔時(shí)，轉(zhuǎn)速越快效果越好。鉆頭的選擇上，PCD8面刃鉆頭獨(dú)特的鉆尖設(shè)計(jì)較適合碳纖維板材，能更好地穿透碳纖維板材，降低分層的風(fēng)險(xiǎn)性。

碳纖維板材的應(yīng)用領(lǐng)域

制作精良的碳纖維板材紋路清晰、表面平整、光亮如鏡、厚度公差小，具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、在較大溫差下變異小等優(yōu)勢(shì)性能，因而可以廣泛應(yīng)用于各種需要減重的高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件中，以下是目前應(yīng)用最成熟且最多領(lǐng)域。

1、無人機(jī)外殼

無人機(jī)的機(jī)殼是整個(gè)飛行系統(tǒng)的載體，飛控、GPS等主要部件都需要由機(jī)身外殼包裹和保護(hù)，選用碳纖維板材這種高強(qiáng)度重量輕的材料，有助于提高無人飛機(jī)性能的可靠性以及準(zhǔn)確性。由碳纖維板材制成的機(jī)體輕，抗拉強(qiáng)度卻能達(dá)到普通鋼材的10倍以上，具有優(yōu)異的抗蠕變和抗震性，同時(shí)具有良好的耐久性和耐腐蝕性，對(duì)耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境的腐蝕也有一定的承受性，可以有效延長(zhǎng)無人機(jī)的使用壽命。其在外觀方面呈現(xiàn)出的平整度好、表面光澤度高、美觀大方等特點(diǎn)，目前高端無人機(jī)已經(jīng)開始大規(guī)模應(yīng)用此材料。

2、醫(yī)用CT床板

碳纖維復(fù)合材料除了優(yōu)異的力學(xué)性能表現(xiàn)外，其制作成的碳纖維板材還有X射線透過率高、損耗低的特點(diǎn)，英特力新材料公司生產(chǎn)的碳纖維板X光透過率能達(dá)到98%，散射和吸收消耗卻只有2%，總損耗也不足鋁的1/5，并且通過各項(xiàng)性能檢測(cè)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療CT床板。再加上它的密度很低，只有1.5g/cm3，使用輕便，因而被CT床板、乳腺托架等多種醫(yī)療器械所采用。但是用于醫(yī)療器械的碳纖維板材在質(zhì)量及各項(xiàng)指標(biāo)方面要求非常高，以山東英特力新材料有限公司為國(guó)內(nèi)一家知名醫(yī)療器械商訂制的一款碳纖維醫(yī)療板為例，該款碳纖維板材產(chǎn)品要求碳纖維紋路清晰整齊，不能有絲毫的亂紋，板材表面光潔，有丁點(diǎn)雜質(zhì)、白點(diǎn)、劃痕、凹坑、針孔都不能通過驗(yàn)收，在厚度公差上要保持在±0.05mm以內(nèi)，板材的平整度要達(dá)到相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。因而，為了保證品質(zhì)，該種板材的一切生產(chǎn)過程必須在無塵室中進(jìn)行，都需要使用熱壓罐工藝生產(chǎn)，每道工序到要經(jīng)過嚴(yán)格檢查，這樣最后的成品方能達(dá)到高精密放射器械的使用標(biāo)準(zhǔn)。

3、工業(yè)零部件

因?yàn)樘祭w維板材具有可加工性，因此可以按照?qǐng)D紙加工成各種形狀的平面，并且可以在板材上面做出各種孔、溝槽，便于與其他部件組合使用，所以被許多高精密機(jī)械用來代替金屬材質(zhì)制做成零部件。用碳纖維板材制成的機(jī)械零部件具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、耐磨損等特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械需要，還可以通過定制選擇阻燃、增韌、不導(dǎo)電等特定性能。