高性能碳纤维基预浸渍物

日本东京东丽工业公司透露了“东丽卡预浸物P2302”的特性和结构细节,这种高性能碳纤维基预浸渍物将用作波音B777的尾翼结构材料。 P2302含有一种能抑制损坏部位扩展和提高材料残余压缩强度(RCS)的层间增强材料。在预浸渍物之间的这种增强剂层是3900-2环     

碳纤维预浸料的现状与动向

一、目前现状聚丙烯腈(PAN)系碳纤维的用途,初期以体育用品和军用飞机为中心,进而用于客机、宇宙飞行器、医疗器械、音响设备、汽车等,估计1982年 PAN 系碳纤维的总需要量约1500吨。用途分配如表1。从碳纤维的最终制品看,60%是经由预浸料制造的。单向预浸料(即无纬布)占总量的39%,可见预浸料是最基本的中间素材。PAN 系碳纤维1982年按加工方式分的需要量如表2。     

国内规模最大碳纤维预浸料项目投产

据报道,9月9日,四川新万兴碳纤维复合材料有限公司碳纤维复合材料项目,一期工程碳纤维预浸料生产线正式投入运营。同日,四川省新万兴碳纤维复合材料有限公司还与清华大学汽车工程系、美国雅奇公司签订了战略技术合作协议,加强在碳纤维复合材料领域的技术合作。     

国产第一个碳纤维预浸料牌号诞生

今年七月下旬在北京召开的碳纤维预浸料鉴定会上,国产第一个碳纤维预浸料牌号4211/T300已通过正式鉴定。该预浸料是航空材料研究所的研制成果。作为航空工业部的预研课题,有关同志辛勤劳动四年,获得的结晶。该预浸料性能与国外同类牌号性能相当。产品最大规格为4200×800mm,性能可靠,质量稳定。     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料热解特性

通过热重实验研究了单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解性能,利用FESEM测试分析了单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解残留物的形貌特征,得到其热解反应过程的物质参与。研究结果表明,单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解反应在空气中分为三个阶段,其中第一、二阶段是环氧树脂基体的热解,第三个阶段是碳纤维的热解。不同形态的单向碳纤维/环氧树脂预浸料在不同加热速率下的热解规律：随加热速率的增加,每个阶段的初始分解温度、反应最终温度及最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围逐渐扩大,质量损失明显增加。在相同的升温速率下,块状的单向碳纤维/环氧树脂预浸料相对于其粉末材料的热解时间较长,每个阶段的热解温度较高。     

预氧化碳纤维

英国Courtaulds公司在Coventry的碳纤维厂生产了一种商品牌号为Grafil-O的预氧化丝,具有广泛用途。它可以用通用的纺织设备进行编织或针织,也可以直接制成毡。这种纤维主要用来满足碳-碳复合材料对高性能碳纤维日益增长的需要。在最近的将来,这种碳-碳复合材料的一个主要用途是制造飞机刹车盘,用于某些军用飞机和协和式飞机。为了减轻重量,节省燃料的宽机身喷气机将会使用碳-碳刹车盘。这样一来,每年对预氧化丝的要求将达几百吨。     

碳纤维/双马树脂预浸料固化过程动态力学性能

采用动态力学分析法（DMA）对碳纤维/双马树脂预浸料恒温、升温过程中动态力学性能的变化进行了研究, 结合DSC、偏光显微镜确定了碳纤维/双马树脂预浸料的软化、熔融、凝胶、玻璃化转变及反应始终点的表征方法, 考察了预浸料各转变点随升温速率、温度、频率的变化规律以及预浸料的反应规律。结果表明, DMA能很好地表征碳纤维/双马树脂预浸料加热固化中的多种物理化学转变。由于双马树脂基体在180 ℃以上的反应机制与在180 ℃以下的不同, 这2个温度范围内碳纤维/双马树脂预浸料恒温固化终点的反应程度、力学转变率随恒温温度的变化规律不同。      

碳纤维/环氧树脂预浸料固化过程中的热导率测定

采用调制式差示扫描量热技术(MDSC)实现了碳纤维/环氧预浸料固化过程中的热导率(垂直纤维方向和平行纤维方向)测定。在实验基础上建立了预浸料固化过程中的热导率二元二次函数模型, 确定了热导率随温度及固化度变化的函数关系。结果表明: T800/环氧预浸料沿纤维方向的热导率为1.15~1.40 W/(m·K), 垂直纤维方向热导率为0.85~1.25 W/(m·K)。在相同温度下, 预浸料的热导率值随固化度的增大而减小; 在相同固化度条件下, 预浸料的热导率值随温度的升高而增大。验证结果表明, 拟合所得热导率二元二次函数关系用于预浸料固化过程的数值模拟时, 将提高参数的准确性。     

碳纤维市场开始复苏

碳纤维市场开始复苏众所周知，碳纤维的主要应用领域是航空航天和军事工业。冷战结束之后，军方在这一领域的投资和预算大规模削减，导致众多碳纤维生产厂商实行关停并转，少数仍继续从事碳纤维生产的厂家也把着重点较向价格较低、非航空航天等特殊用途的品级。但是，冷战...     

实验条件对碳纤维预浸料挥发分含量的影响

挥发分含量反映着基体材料的黏性和流动性,是评定碳纤维预浸料质量的一个重量指标,挥发分测试至关重要,制约着复合材料的工艺成型过程和制品最终的使用性能。研究了两种实验条件对挥发分含量的影响。在烘箱内鼓风和不鼓风的情况下分别测定了不同氰酸酯体系碳纤维预浸料挥发分;并选用了不同直径收集器对氰酸酯体系预浸料挥发分进行测试,结果表明,两种测试条件对挥发分含量测试结果均有一定的影响,烘箱内鼓风开启时测得的挥发分含量较大;采用直径较大的收集器测得的挥发分含量比直径较小的收集器测得的数据小,为碳纤维预浸料挥发分含量的准确测定提供了参考数据。     

碳纤维/环氧预浸料摩擦滑移特性测试及其变化规律

带曲率的复合材料层合结构在制备过程中,预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为,其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置,针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系,测试分析了不同工艺条件下,预浸料铺层与铺层之间,以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明,温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制,而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制;较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力,有利于预浸料铺层的滑移运动;预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关,其摩擦阻力受温度影响更明显,而受外压影响变化较小。     

预浸料生产中智能控制系统的应用

用近红外光谱技术对无碱布/酚醛预浸料的树脂含量、可溶树脂含量和挥发分含量进行在线检测,通过偏最小二乘方法分别建立标准模型,选择光谱预处理方法和PLS的因子数.用近红外方法和标准方法对未知样品进行分析,通过t检验结果显示两种方法没有显著性的差别,利用该方法可以同时预测三项指标,1分钟之内就可以分析一个样品,没有破坏性.如果质量指标不合格,通过自动控制系统发出指令,及时调节工艺参数.研究表明近红外光谱方法能够十分有效和准确对分析预浸料质量.     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料叠层的面内变形行为

为了充分了解热隔膜成型过程中预浸料的变形行为，通过偏轴拉伸测试探索了热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料在高温条件下的面内变形机制。研究参数包括试验温度、拉伸速率、预热时间和铺层顺序等。利用数字图像相关技术，在测试过程中监测单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形和纤维的旋转情况。结果表明，提高试验温度或降低拉伸速率均有利于促进单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形。铺层顺序对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层的变形行为有很大影响，[45/–45/90]_S铺层方式比 [45/90/–45]_S铺层方式更有利于纤维旋转，且[45/–45/90]_S铺层方式变形阻力更小。采用铰链连接网(Pin-joined net, PJN) 理论对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层变形过程中纤维角度变化进行预测并与实验结果进行对比，结果表明，用PJN理论预测的纤维旋转角度值与测试值存在较大偏差，说明其并不适用于预测热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料变形过程中纤维角的变化。同时，80℃预加热可以提高单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形阻力。      

风电叶片用国产碳纤维预浸料的制备及性能研究

本文制备了一种低压成型环氧树脂LTC80体系,对LTC80树脂的耐热性能、粘温特性等进行了研究;和国产碳纤维ZT6F复合制备风电叶片专用预浸料ZT6F/LTC80,对预浸料的物理性能、ZT6F/LTC80复合材料性能进行了研究。结果表明:LTC80树脂具有良好的工艺性能,适用于热熔法制备预浸料;ZT6F/LTC80预浸料适用于低压成型,ZT6F/LTC80复合材料性能优良,国产碳纤维预浸料满足风电叶片的使用要求并成功应用。     

超薄预浸料对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能的影响

为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能,采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法,将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板,分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明,随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm,CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小,厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm,导电性能提高了约5倍;随着温度升高,CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降,厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板;在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性,表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力,从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。      

高压静电场对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料预浸料浸渍和断裂的影响

采用熔融浸渍工艺生产连续纤维增强热塑性树脂基复合材料,纤维预分散至关重要。结合现有机械分散装置,根据纤维束在高压静电场受静电场力的原理,设计并引入高压静电场分丝装置,对纤维束进行二次分散。结果显示,经过高压静电场分丝,促进了纤维束分散和纤维单丝之间的均匀性,改善了连续玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料预浸料纤维和聚合物表面结合,降低了纤维分丝过程中的磨损和断裂,使通过此法制得的GF/PP复合材料预浸料的力学性能得到显著提升。实验表明,当静电场上下极板之间距离为20 cm、高压静电场电压30 kV时,GF/PP复合材料预浸料力学性能最优。     

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂预浸料铺覆黏性及其储存老化行为

将碳纤维增强双马来酰亚胺树脂预浸料CCM40J/HT-280分别置于4种储存环境（真空、N₂、O₂、空气）进行室温老化实验,研究了预浸料铺覆黏性与储存环境和老化时间的关系,对不同环境下黏性失效前后的样品进行了DSC、流变、红外光谱分析。针对不同黏性级别的预浸料,采用热压罐成型工艺制备了复合材料层合板,对层合板内部成型质量及复合材料力学性能进行了研究。结果表明,真空和N₂环境储存下的CCM40J/HT-280预浸料黏性失效周期相比于O₂与空气中的样品延长约40%。DSC和流变测试结果表明,老化后树脂的交联程度大于新鲜树脂,树脂最低黏度也显著增大,O₂环境下的样品表现的更为明显;对红外光谱特征峰分析表明,O₂环境储存条件下树脂交联反应程度高于真空环境,说明O₂对双马来酰亚胺树脂室温下的老化具有促进作用。黏性失效的预浸料制备的CCM40J/HT-280复合材料内部多为层间或层内的密集孔隙,其弯曲强度下降约13.0%、弯曲模量下降约6.5%,层间剪切强度下降约10.7%。      

一种碳纤维预浸料维修补片的固化工艺与性能

碳纤维预浸料作为外场胶结维修补片的主要材料,其固化工艺将直接影响补片的微观结构和力学性能。针对一种碳纤维预浸料进行差示扫描量热测试,研究预浸料的固化反应特征温度和固化动力学参数,并对不同固化工艺的维修补片进行微观形貌分析和拉伸性能测试。结果表明,不同固化保温时间得到的试样样条拉伸性能有明显差别,且拉伸强度和弹性模量随固化保温时间的增加而增大,充分的固化使得试件性能变得更为均匀,但拉伸破坏应变保持不变。保温时间越长,随着固化度的增加,树脂和碳纤结合地更加良好,因此复合材料的拉伸性能更好。该碳纤维预浸料在温度436.4K条件下固化,并保温120min制作的维修补片具有最佳拉伸力学性能。     

模拟雷电流作用下单向碳纤维/环氧树脂预浸料的电阻特性

为探究碳纤维/环氧树脂预浸料在雷电流作用下的电阻特性,采用10/350 μs波形的低峰值模拟雷电流对单向碳纤维/环氧树脂预浸料进行模拟雷击试验,并采用四电极法测量试验前后碳纤维/环氧树脂预浸料的直流（DC）电阻,利用SEM和拉曼光谱对雷击前后碳纤维/环氧树脂预浸料微观形态、物相结构进行表征,系统研究了受雷击后单向碳纤维/环氧树脂预浸料的DC电阻变化的原因。结果表明:单向碳纤维/环氧树脂预浸料DC电阻不随雷电流峰值的增加单调变化,而是呈先减小后增大的趋势,这是碳纤维石墨化、环氧树脂绝缘性能劣化、碳纤维断裂、隧道效应等因素综合作用的结果。      

预浸料的超薄化对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸破坏行为的影响

采用自主研发的碳纤维（CF）宽展设备,将12K CF宽展预浸制备成0.02 mm和0.10 mm厚的CF/环氧树脂（EP）预浸料,利用模压工艺制成1 mm厚的单向层合板。利用万能试验机、声发射装置和高速照相机组成的集成系统测试其抗拉强度、加载过程中试样内部的损伤情况及断裂破坏时样品宏观形貌的变化。用SEM观测其拉伸断口形貌。分别用超景深显微镜、金相显微镜观测记录CF/EP复合材料预浸料和单向层合板中CF的排布状态以表征薄层化过程中CF和EP的分布状态对CF/EP复合材料拉伸性能的影响。结果表明:薄CF/EP复合材料预浸料中CF的排布更加均匀,制成的CF/EP复合材料单向层合板试样中层间树脂富集区的尺度明显小于厚CF/EP复合材料预浸料制成的试样,试样的抗拉强度提高了15%;薄CF/EP复合材料预浸料制成层合板试样的拉伸宏观断口形貌中分层劈裂现象减少,集束性增强,微观断口形貌中未发现横贯横截面的穿透裂纹。