碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(22)

能耗方面，预氧化时间约占生产总时间 90%以上。所以预氧化工序是控制产量 和生产成本的关键。因此在保证质量的前提下，如何缩短预氧化时间是当前难点。 在聚丙烯腈基碳纤维制备过程中，预氧化是决定碳纤维各项指标的关键步骤之一。 温度和时间是预氧化过程中 2 个最为重要的参数，在工艺制定过程中，需要综合考 虑温度和时间的影响，预氧化不仅控制碳纤维的产量，同时也控制碳纤维的质量。
工艺方面，如何缩短预氧化时间的同时降低皮芯结构的生成，对碳纤维生产成本的降低以及性能的提高具有十分重要的意义。
设备方面，目前工业化生产中的预氧化处理设备多为热风循环式预氧化炉， 通过热风循环系统能够多次利用热风，减少热能量损失。已知为防止预氧 化处理过程中单纤维间发生熔接，会采取给予前体纤维丝束油剂的方法， 但油剂在预氧化热处理过程中易挥发，所产生的杂质长期滞留在热风循环 系统内难以排出，很容易粘附在纤维丝上从而导致在后续碳化过程中发生 起毛、单纤维断裂。如果不及时对预氧化炉内加以清洗，可能会导致排风口 处用于风速整流的多孔板发生堵塞，阻碍热风循环，轻则引发断纱，重则导 致火灾。但对预氧化炉进行清洗，需要停止设备的运行，十分影响生产效 率，且清洗费用庞大。
2.2.3 制品端：新型工艺及设计制造一体化未来可期
当前复合材料低成本化技术发展方向主要有非热压罐成型工艺(Out-ofautoclave，简称 OOA)、液体成型工艺、快速固化成型技术、低温固化成型技术及设 计制造一体化技术等，其中快速固化成型技术是当前发展的有效降低成本、提高效 率的成型技术，具有非常重要的工程应用价值。据估算复合材料制造成本占总成本 50%以上，成本高的主要原因是原料贵、成型周期长、能耗大、生产效率低、工艺辅 料昂贵等。根据《低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用》一文披露，对于采 用热压罐固化的先进复合材料结构，材料成本占总成本约 15%左右，设计成本仅占总 成本的 5%，其余成本大部分为复合材料铺贴、固化、修切和装配等制造成本，制造 成本通常占复合材料制件总成本的 70-80%。美国飞机制造商统计结果表明，在复合 材料产品成本比例中，铺层占 25%、装配占 45%、固化占 10%，可以看出，复合材料 产品成本集中于与人工密切相关的部分。
非热压罐成型工艺(Out-of-autoclave，简称 OOA)技术方面，在复合材料构件快 速发展应用及低成本、超大型的制造需求下，低成本的非热压罐成型技术已经成为 复合材料领域的核心问题。而在众多非热压罐成型技术中，非热压罐-预浸料技术的 铺贴和包覆过程与热压罐工艺相近，只是将固化场所转移到造价更便宜、尺寸受限 更小的烘箱或固化炉中，基本继承了热压罐成型工艺的优点，被认为是最有可能大 规模实现的非热压罐成型技术。