（2）结构设计
厂房以2层为主，均设计为轻钢结构，总建筑面积144000m2。耐火等级为一级，各厂房工作区进门口装置除静电金属体，工作区窗户安装窗纱，做好夏季防蚊虫处理。
3、研发空间
总建筑面积12000m2，框架结构，钢筋混凝土独立柱基，外墙贴面砖，水磨石地面，塑钢门窗，内墙面刷乳胶漆。
4、生活辅助用房
职工公寓规划建筑面积8000m2，5层，框架结构。
配套用房包括门卫、配电室、污水处理站等用房，总建筑面积1000m2，砖混结构。
5、辅助工程
硬化工程：园区硬化主要为地上停车场等，设计标准参照道路工程。本项目道路工程及地面硬化总面积约为45733m2。
绿化工程：绿化景观设计以层次错落、空间悠扬曲折的园林景观为核心，绿化工程总面积约为10000m2。
本项目主要建设内容详见表5-1所示。 表5-1 主要建构筑物一览表
序号 1 2 3 4
名称 综合行政中心 厂房 研发空间 职工公寓 结构类型 框架结构 轻钢结构 框架结构 框架结构 15
建筑面积 （m2） 8000 144000 12000 8000 层数 8 2 6 5 占地面积 （m2） 1000 72000 2000 1600
5 6 辅助用房 合计 砖混结构 1000 173000 1 1000 77600 5.4产品方案
5.4.1产品结构
碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工型，是新一代增强纤维。此外，碳纤维还具有较好的高温性能。因此当碳纤维和环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等树脂基体结合在一起组成复合材料时，不仅保持了玻璃钢的许多优点，同时在许多性能方面还超过了玻璃钢。因此它成为目前比强度与比模量最高的复合材料之一。
由于碳纤维弹性模量高，故其复合材料零件允许在极限应力状态下服役，克服了玻璃纤维树脂复合材料只允许在低于极限应力60%的条件下使用的缺点。碳纤维增强塑料在高温老化试验中的强度损失，也比玻璃钢小。此外在抗冲击性能、抗疲劳性能、减摩耐磨性能、自润滑性、耐腐蚀性以及耐热性等，都有显著优点。 5.4.2产品特点
本项目产品即为碳纤维增强材料与树脂基体组成的材料，产品比强度和比模量在现有复合材料中名列前茅，产品特点主要为：
1、密度比铝轻，强度与钢接近；
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2、弹性模量比铝合金大，疲劳强度高，冲击韧性高，同时耐水和湿气，化学稳定性高，导热性好，受X射线辐射时其强度和模量不变化；
3、优良的耐磨减摩性及自润滑性、耐腐蚀、耐热。 5.4.3生产工艺
本项目产品生产工艺为：退丝 →集线→卧式干燥炉→预氧化炉1→预氧化炉2→预氧化炉3→低温炭化炉→高温炭化炉 →表面处理1→表面处理2→水洗→卧式干燥炉→上浆→立式干燥炉→收丝
退丝是把原丝分束送人下一步的工序。从退丝区出来的原丝经集线板一束束的进入干燥炉进行下面的工艺。退丝区中要注意原丝走完后，新丝与旧丝的连接。用耐热纤维把两丝连接在一起。通过集线板进入干燥炉。
从退丝区过来的原丝含有大量的水分，经过卧式干燥炉能充分的干燥原丝，使其能够进入预氧化炉更好的进行一系列的反应。
预氧化工艺是碳纤维生产中的关键步骤。原丝经过预氧化过程由线型分子链转化为耐热的梯型结构，为以后的碳化过程起固氧固碳的作用。在此过程中发生一系列的环化、氧化和脱氢等反应，原先的σ键为主的直链结构形成大量的离域π电子，形成生色的共轭结构。使得原丝由洁白色逐步变深：白色 →淡黄色→米黄色→浅棕色→棕色→黑色。此过程中PAN发生化学反应脱去大量小分子，发生结构变化，需施加一定的牵伸力保证丝的结构不发生解取向，保证预氧丝的
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强度。预氧化过程中温度在200℃～300℃之间，在240℃左右时，氧含量迅速上升，发生化学反应。此过程中炉膛内温度保持均匀，并有循环空气带走反应中产生的小分子等杂质及反应热，保证预氧化能连续进行。预氧化过程反应时间较长，需80～100min，制约碳纤维生产效率。车间采用三台预氧化炉同时对丝进行预氧化，使得丝有足够的预氧化反应时间，并且能连续不断的走丝，进行流水化生产。
PAN原丝经预氧化转化为含氧8%～10%的预氧丝，然后进入碳化炉进行碳化。低温炭化炉温度在300℃～800℃之间，分为几个温度区间，逐步对预氧丝在隔绝空气的条件下进行碳化反应，形成初级的乱层石墨结构。在预氧化中，预氧丝发生热解和缩聚反应，会产生大量的废气和焦油，，应通过排气口及时排出保证生产稳定。高温碳化温度在1000℃～1600℃，一般可能在1400℃左右，此过程中预氧丝发生进一步的反应，形成乱层石墨结构，并脱出一些小分子。在碳化过程中发生分子结构的转变，应给予一定的牵伸力，保证结构的取向度。
为碳纤维能更好的用于复合材料生产，需对碳纤维的表面进行处理，使其能形成更好的接触表面。使用阳极电极氧化法，用脉冲通电的方法进行表面处理，使得碳纤维表面发生刻蚀和生产含氧官能团。表面处理中通一10V左右的电压，形成25A左右的电流。采用碳酸氢铵中性电解质进行表面处理。
水洗过程用浸渍法对碳丝进行清洗，将碳丝表面的电解液等杂质清洗掉，为以后的上浆过程做准备。在水洗中水温设定在50℃左右，之后在加以100℃左右的干燥过程。
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碳纤维是脆性材料，在后续的深加工过程中容易出现起毛丝等不良的现象，经过上浆过程能很好的改良碳纤维的表面性质。上浆后，碳丝的表面形成一层皮膜，使得碳丝的集束性好，耐磨性提高，深加工中的起毛现象减少，并且碳纤维的吸水性会变小，开纤扩幅容易。稳定性更好，并能改善复合材料中的接触面性质，提高材料的强度。上浆过程采用浸渍的方法，使每根碳纤维的单丝上附着一层上浆剂，干燥后在碳丝上形成一层薄薄的皮层，完成上浆。过程中要使得碳纤维表面附着的上浆剂均匀，没有死区和富集区，保证上浆均匀。上浆后，经过干燥（180℃左右），收丝即可得到成品的碳纤维。
5.5设备方案
表5-2 设备购置清单
序号 一 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二 1 2 四 设备名称 生产线 中试平台 卧式干燥炉 预氧化炉 低温碳化炉 高温碳化炉 表面处理设备 上浆机 立式干燥炉 手推叉车 电动叉车 生活辅助用房 宿舍用品 办公用品 合计 单位 套 台 台 台 台 台 台 台 辆 辆 套 套 10 5 10 5 5 5 5 5 30 30 100 1 211 数量 单价（万元） 合计（万元） 300 100 300 80 100 200 200 120 12 10 2 500 3000 500 3000 400 500 1000 1000 600 450 300 200 500 11450 15
碳纤维复合材料生产线建设项目可研
