碳纤维复合材料行业报告：碳纤维复材（22页）

预浸料是多种成型工艺使用的重要中间材料，碳纤维产业链每一级的加工技 术含量高、附加值高。从碳纤维复合材料的制造流程来看，预浸料是热压罐、模 压、卷制、缠绕等多种工艺中极其重要的中间材料，它的制造方法主要是将连续 整齐平行的碳纤维牵引，通过与树脂基体充分浸润收卷成卷材，相应的碳纤维整 体产业链为“原丝-碳纤维-碳纤维织物-预浸料-复合材料”。据江苏恒神招股书， “同一品种原丝的售价约 40 元/kg，碳纤维约 180 元/kg，预浸料约 600 元/kg， 民用复合材料约在 1000 元以下/kg，汽车复合材料约 3000 元/kg，航空复合材料 约 8000 元/kg。”在碳纤维产业链中，不同阶段产品价格均有较大幅度增值，各 阶段的加工制造技术是关键。碳纤维复合材料结构件的设计和制造环节具有最大的降本空间，是扩大下游 应用的核心环节。1996 年美国先进民用飞机新材料专业委员会编制的《下一代民 用运输机用的新材料》中提到“材料成本实际上仅占复合材料构件总成本的 8%~10%，开发下一代民用运输机工艺的一个基本准则是低成本制造的可能性。”。 江苏恒神招股书中也指出，“通过对碳纤维复合材料的成本结果分析，最大的成 本空间是在复合材料结构件的设计和制造工艺上”。复合材料制造工艺的低成本 化，应用技术的低成本化，是碳纤维复合材料扩大应用不可或缺的重大环节。本 节将重点介绍碳纤维复材设计及制造环节的关键技术及壁垒。

碳纤维复合材料与常规金属材料最显著的不同在于它的力学性能可以通过设 计进行控制改变，因此，它在力学性能方面给设计人员提供了自由度。金属材料 结构设计人员可以直接使用材料部门提供的性能数据和传统的金属结构成型工艺 进行设计，设计、材料和工艺三方面的技术人员可以分别完成各自领域的开发。 而高性能碳纤维复合材料结构的研发必须由设计、材料、工艺三个领域的技术人 员组成紧密配合的团队，相互协作共同努力才能完成。 （2）有限元等计算机数值模拟技术，在设计及制造过程中均有关键作用 有限元模拟是一种重要的数值模拟方法，能够较好地模拟仿真材料在载荷或 载荷与环境联合作用下的变形、损伤与断裂过程，在碳纤维复合材料的设计及制 造过程中均有重要应用。在设计过程中，采用结构有限元分析的方法，可以对复 合材料制品进行力学分析计算，获得满足设计要求的结构。在加工制造过程中， 以往的复合材料生产工艺参数依靠“试凑法”，要获得有用数据，需要做大量试 验，从而导致大量的人力和物力浪费，增加了产品的成本。高效生产质量稳定的 复合材料结构件的关键技术在于选择合适的工艺参数，制定合理的工艺方案，而 数值模拟为优化工艺参数，深刻理解各种参数对成品质量的影响，提供了有效的 技术手段。总的来说，计算机模拟分析在碳纤维复合材料的设计及制造中，起到 了降低工艺成本、优化设计、缩短设计周期及保证产品质量服务的关键作用。