（一）性能指标提升高强度目标：研发的碳纤维拉伸强度需显著提高，现阶段先进水平已达 5000-6000MPa，为满足航空航天、高端体育器材等对材料强度极为严苛的领域需求，期望新开发的碳纤维拉伸强度能突破 7000MPa，甚至向更高目标迈进。例如在航空航天飞行器的关键承力结构件中，更高强度的碳纤维可在减轻重量的同时，承受更大的飞行载荷，提升飞行器的性能与安全性。高模量指标：拉伸模量同样是重要性能参数，目前高性能碳纤维模量可达 300-400GPa，对于如卫星天线、航空发动机叶片等对材料刚度要求极高的应用场景，需将碳纤维拉伸模量提升至 450GPa 以上，以保证结构在复杂工况下的稳定性，减少变形，确保设备精准运行。延伸率平衡：在追求高强度和高模量时，不能忽视延伸率。需确保碳纤维具有一定的延伸率，一般应维持在 1.5%-2.0% 之间，使材料在承受外力时有一定的形变能力，避免因脆性过大而发生突然断裂，增强材料的可靠性与耐用性。（二）质量稳定性批次间一致性：在大规模生产过程中，严格控制工艺参数，保证每一批次碳纤维产品的性能指标波动极小。以航空航天领域为例，同一型号飞行器的不同部件若使用不同批次碳纤维制造，要求各批次碳纤维强度波动范围控制在 ±50MPa 以内，模量波动控制在 ±10GPa 以内，确保飞行器整体性能的稳定性与可靠性，避免因材料性能差异导致飞行安全隐患。缺陷控制：降低碳纤维内部缺陷，如孔隙、裂纹等的出现概率。通过优化生产工艺，从原材料选择、纺丝过程到碳化处理等各个环节严格把控，使碳纤维内部缺陷尺寸减小且数量大幅减少，提高材料的均匀性和完整性，进而提升其力学性能与使用寿命。（三）成本降低原材料成本：探索新型低成本原材料，或者优化现有原材料的采购渠道与使用效率。例如，研究以价格相对低廉且来源广泛的生物质材料为原料制备碳纤维的可行性，降低对传统昂贵原材料的依赖，在保证产品性能的前提下，将原材料成本降低 30% 以上。生产工艺成本：简化生产工艺流程，缩短生产周期，减少能源消耗。通过技术创新，改进纺丝、预氧化、碳化等关键工艺环节，提高生产效率，降低单位产品的能耗与设备损耗成本。例如，采用新型高效的预氧化设备与工艺，将预氧化时间缩短 20%，同时降低能源消耗 15%，从而有效降低生产成本。二、热压罐成型工艺优化需求（一）工艺参数精准控制温度控制：高精度控温：热压罐内部温度分布精度要求进一步提高，在成型过程中，确保罐内不同位置温度偏差控制在 ±2℃以内。通过升级热压罐的加热系统，采用更精密的温度传感器与智能控制系统，实时监测并调整温度，保证碳纤维复合材料在均匀稳定的温度环境下固化，提高产品质量一致性。升温与降温速率优化：根据不同碳纤维材料与树脂体系特性，精确调控升温与降温速率。对于一些对温度变化敏感的材料，升温速率需控制在 1-3℃/min，降温速率控制在 2-4℃/min，避免因温度变化过快导致材料内部产生热应力，引发变形、裂纹等缺陷。压力控制：压力均匀性：保证热压罐内压力均匀施加在复合材料制品上，压力偏差控制在 ±0.05MPa 以内。通过改进压力施加装置与罐内气体循环系统，优化压力分布，使碳纤维预浸料在各个部位都能受到相同且合适的压力，促进树脂更好地浸润纤维，提高产品致密性与力学性能。压力加载曲线优化：根据成型工艺要求，制定个性化的压力加载曲线。在成型初期，施加较低压力使树脂流动并初步浸润纤维；随着温度升高，逐步增加压力，促进复合材料固化成型。例如，在某航空复合材料部件成型中，采用三段式压力加载曲线，先在 0.3MPa 压力下保持 10 分钟，然后以 0.1MPa/min 的速率升压至 0.8MPa 并保持 30 分钟，最后缓慢降压，有效提高了产品的质量与性能。（二）设备升级大型化与高效化：为满足大型碳纤维复合材料制品的生产需求，研发更大尺寸的热压罐，同时提高设备的生产效率。例如，将热压罐的有效容积扩大至 50 立方米以上，并且通过优化设备的装卸料系统，使每次生产周期缩短 20%，提高企业的生产能力与市场竞争力。自动化与智能化：引入自动化控制系统，实现热压罐成型过程的全自动化操作。从原材料装载、工艺参数设定、过程监控到产品卸载，均由系统自动完成，减少人为操作误差。同时，利用智能化软件对生产数据进行实时分析，预测设备故障与产品质量问题，提前采取措施进行调整与优化，提高生产过程的稳定性与可靠性。（三）工艺周期缩短快速固化树脂体系适配：研发与快速固化树脂体系相匹配的热压罐成型工艺。这类树脂体系可在较短时间内完成固化反应，如将固化时间从传统的 2-3 小时缩短至 30 分钟 - 1 小时。通过优化工艺参数，如提高固化温度、调整压力加载方式等，充分发挥快速固化树脂的优势，在保证产品质量的前提下，大幅缩短生产周期，提高生产效率。工艺步骤简化：对现有的热压罐成型工艺流程进行梳理与优化，去除不必要的步骤，合并相似工序。例如，将部分预浸料预处理工序与热压罐内的升温初期阶段相结合，减少操作环节，节省时间，使整个成型工艺周期缩短 15%-20%。三、模压成型工艺优化需求（一）模具设计与制造优化高精度模具：提高模具制造精度，使模具型腔尺寸公差控制在 ±0.05mm 以内，表面粗糙度达到 Ra0.2-Ra0.4μm。采用先进的加工设备与制造工艺，如电火花加工、五轴联动加工等，确保模具的高精度与高表面质量，从而保证碳纤维复合材料制品的尺寸精度与表面光洁度，满足高端产品的质量要求。模具结构优化：根据碳纤维复合材料在模压过程中的流动特性与成型要求，优化模具结构。设计合理的浇口、流道与排气系统，使树脂能够均匀快速地填充模具型腔，避免出现缺料、气泡等缺陷。例如，采用热流道模具系统，可精确控制树脂的温度与流速，提高材料利用率与产品成型质量。模具材料选择：选用耐高温、高强度、耐磨且热膨胀系数与碳纤维复合材料匹配的模具材料。如使用高性能合金模具钢或新型陶瓷基复合材料制作模具，提高模具的使用寿命，减少因模具磨损或热变形对产品质量的影响，降低生产成本。（二）工艺参数优化温度参数：精确控制模压过程中的温度，包括模具预热温度、成型温度与冷却温度。根据碳纤维材料与树脂体系的特性，将模具预热温度控制在 120-150℃，成型温度控制在 180-220℃，冷却温度控制在 40-60℃。同时，优化升温与降温速率，避免温度变化过快导致产品变形或内部产生应力集中。压力参数：确定合适的模压压力与保压时间。在成型初期，施加较高压力使树脂快速填充模具型腔，然后适当降低压力进行保压，促进复合材料固化与压实。例如，在某碳纤维汽车零部件模压成型中，初始模压压力为 10-15MPa，保压压力为 5-8MPa，保压时间为 10-15 分钟，可有效提高产品的密度与力学性能。成型时间优化：通过实验与模拟分析，优化模压成型时间。在保证产品质量的前提下，尽量缩短成型时间，提高生产效率。例如，对于一些薄壁碳纤维复合材料制品，通过优化工艺参数，可将成型时间从原来的 30 分钟缩短至 15-20 分钟。（三）自动化生产自动化上下料系统：引入自动化上下料设备，实现原材料的自动装载与成型产品的自动卸载。采用机器人、机械手臂等自动化装置，提高上下料的准确性与效率，减少人工操作时间与劳动强度，同时避免人为因素对产品质量的影响。过程监控与控制系统：安装传感器对模压成型过程中的温度、压力、位移等参数进行实时监测，并通过控制系统自动调整工艺参数。当参数出现异常波动时，系统能够及时报警并采取相应措施进行纠正，保证生产过程的稳定性与产品质量的一致性。四、缠绕成型工艺优化需求（一）缠绕路径规划优化精准缠绕轨迹：利用先进的计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）技术，根据产品的形状、尺寸与力学性能要求，精确规划碳纤维的缠绕路径。确保纤维在芯模上的缠绕角度、层数与分布符合设计要求，使产品在各个方向上具有良好的力学性能。例如，对于承受内压的碳纤维缠绕压力容器，通过优化缠绕路径，使纤维能够均匀分担压力，提高容器的承载能力与安全性。复杂形状适配：针对复杂形状的产品，开发自适应缠绕路径规划算法。使缠绕设备能够根据芯模形状的变化自动调整缠绕参数，实现碳纤维在复杂曲面的精确缠绕。如在航空发动机进气道等具有复杂曲面的部件缠绕成型中，通过该算法可保证纤维紧密贴合芯模表面，提高产品质量与性能。（二）张力控制恒张力控制：在缠绕过程中，保持碳纤维的张力恒定，张力波动控制在 ±5% 以内。采用先进的张力控制系统，如磁粉制动器、张力传感器等，实时监测并调整纤维张力。稳定的张力可保证纤维排列紧密、均匀，避免出现松弛、扭曲等现象，提高产品的强度与稳定性。变张力控制策略：根据产品不同部位的受力特点与缠绕工艺要求，采用变张力控制策略。在产品的关键承力部位，适当增加纤维张力，提高材料的强度；在非关键部位或过渡区域，调整张力以保证纤维的顺利缠绕与贴合。例如，在碳纤维缠绕的风力发电机叶片根部，采用较高的张力进行缠绕，增强叶片根部的承载能力。（三）树脂浸渍与固化工艺优化高效树脂浸渍：改进树脂浸渍方法，提高树脂对碳纤维的浸润效果。采用真空辅助树脂浸渍（VARI）、树脂传递模塑（RTM）等先进工艺，使树脂能够快速、均匀地渗透到纤维束内部，减少孔隙率，提高产品的致密性与力学性能。同时，优化树脂配方，提高树脂的流动性与粘结性能，进一步提升浸渍效果。固化工艺优化：根据树脂体系与产品特点，优化固化工艺参数。精确控制固化温度、时间与升温速率，确保树脂充分固化，同时避免因固化过程不当导致产品变形、开裂等缺陷。例如，对于一些大型碳纤维缠绕制品，采用分段固化工艺，先在较低温度下进行预固化，然后逐步升高温度完成最终固化，可有效减少产品内部应力，提高产品质量。