裝備：海外占據絕對優勢

　　由于工藝流程十分繁復，碳纖維生產所需設備非常多，但最為關鍵的有兩類，一是從原絲到碳纖維過程中，加熱所需的氧化爐和碳化爐，二是后端復合材料成型所需的各種加工設備。

碳纖維及復合材料生產主要設備

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　　1、氧化碳化設備

　　為滿足下游客戶的需要以及利潤最大化的原則，行業內的龍頭企業一般會提供整體生產線的設備和解決方案。

碳纖維生產線設備圖

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　　預氧化工藝在碳纖維成型過程中耗時最久，是決定碳纖維生產效率和能耗成本的關鍵步驟，也被業內普遍認為是最有提升潛力的環節，而氧化爐則是預氧化工藝中最主要的設備。

DESPATCH 氧化爐采取中央到兩端的吹風方式來保證溫度和氣流均勻

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　　合適的氧化爐需要滿足以下要求：1.溫度和氣流穩定（有效加熱區域內溫差最好不超過±1℃）；2.單線產量高（由氧化爐體積以及碳纖維在爐體內停留時間有關）；3.能耗成本低。

　　美國 DESPATCH 公司在預氧化設備方面積累深厚，目前全球 8 大碳纖維生產商有 5個在新線上采用 DESPATCH 生產的氧化爐，其生產的最新一代氧化爐，可同時用于生產小絲束（3-12K）和大絲束，單線產量可達 2700 噸。 此外，德國的 EISENMANN 憑借多元化、低能耗的產品成為主流的氧化爐供應商之一，截至目前已向全球供應了超過 50 臺氧化爐及配套設備。

　　原絲經氧化后在真空氣氛的碳化爐高溫處理，脫除掉雜質原子，轉換為碳纖維。對碳化爐的要求主要有以下三點：1.溫度分布均勻；2.有效加熱區域大（提高單線產量）；3.能通過冷凝、過濾、中和等方式高效處理碳化過程中產生的焦油、粉塵、尾氣等。

Eisenmann 碳化爐

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Eisenmann 的低溫碳化爐技術指標

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　　2、復合成型設備

　　復合材料成型設備與所采用的工藝密切相關。一般而言，當產品量大且尺寸適中時，采用壓制成型；量較少且尺寸較大時，采用手鋪或拉擠成型。兩者之間則可考慮 RTM（樹脂傳遞成型）。

　�。�1）熱壓罐成型

　　熱壓罐成型技術主要用于高性能航空航天復合材料層壓結構的成型，比如飛機艙門、隔板、機翼等等。 其基本成型過程是手工將增強材料和樹脂（含預浸料）按設計鋪層方向和方式逐層鋪放到模具上，采用真空袋密封后放入熱壓罐中，經加壓、加熱、固化、脫模、修整而獲得制品。這種工藝采用的主要設備即為熱壓罐。

手工鋪層最大好處是樹脂和纖維含量可控

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熱壓罐加壓固化后層間結合緊密，機械強度優

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　　熱壓罐成型是目前應用最為廣泛的工藝，由于纖維和樹脂含量可控，制品表面孔隙率低，經高壓固化后可以獲取高質量的復合材料。熱壓罐的設計制造商眾多，大多采用先進的加熱控溫系統和計算機控制系統以保障內部工作區域的溫度分布均勻。盡管其成本高昂（能耗高、預浸料需低溫儲藏），但由于產品重復性好、質量穩定而一直沿用。美國 ASC 是北美最大的熱壓罐制造商，每年銷量超過 40 臺。下游客戶包括波音(Boeing)、諾斯羅普(Northrop)、洛克希德馬丁(Lockheed)、英國宇航系統公司(BAE)等在內的上百家企業，迄今已經累計交付了 300 多臺 Econoclave，尺寸從最小的實驗室用的 0.3mX0.6m，到最大的用于波音 787 機身及機尾段整體固化成型的世界上最大的 9.14mX23m。
自動鋪帶（ATL ）和自動絲束鋪放（AFP ）：自動化技術的巔峰手工鋪層效率低、成本高，屬于勞力密集型作業，因此自動化程度較高的 ATL 和 ATP被先后研發出來。自動鋪帶由自動鋪帶機完成，鋪帶頭會根據鋪放工件邊界輪廓自動完成預浸帶的鋪放和特定形狀位置的切割。自動鋪帶機的價格在 300-500 萬美元之間，成本較高，但相比手工，其制造成本可降低 30%-50%，且生產效率可達手工鋪疊的數十倍。

　　與 ATL 相比，AFP 最大不同在于鋪束頭可鋪放寬度可變的預浸帶，適用于幾何形狀更為復雜的部件。這個領域最為有名的設備制造商是 MAG 公司，主要有三臺 AFP 系列設備，分別是 VIPER 1200 CNC、VIPER 4000 和 6000。波音 787 機身即采用了 VIPER 6000。

自動化水平的提高降低了制造過程的成本

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　�。�2）RTM（樹脂傳遞模塑）

　　RTM 成型最大的優勢在于生產效率，相比熱壓罐動輒數個甚至數十個小時的加壓固化，RTM 的工藝周期通常為 30-60 分鐘，而高壓 RTM 工藝周期僅約 6 分鐘，使得大規模低成本的工業化生產成為可能。航空工業和高端汽車工業都開始采用 RTM 工藝制造結構件。

RTM 工藝量產車頂

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　　德國加工機械領域的專家迪芬巴赫公司（Dieffenbacher）和克勞斯瑪菲公司（KraussMaffei）共同開發了高壓樹脂傳遞模塑成型工藝（HP-RTM）的自動化生產線。這條生產系統包括預成型加工、壓制過程，以及修整工藝。相比于傳統的 RTM 工藝，HP-RTM 工藝減少了樹脂注射次數，提高了預制件的浸漬質量，并縮短了成型周期。

克萊斯瑪菲公司生產的 HP-RTM 生產裝置

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