大丝束碳纤维产业发展现状及面临的问题

简要介绍了大丝束碳纤维的特点、应用前景以及目前产业发展现状,并分析了大丝束碳纤维实际生产和应用中面临的问题,以及相关解决方案。指出大丝束碳纤维采用成本较低的民用聚丙烯腈丝作为原丝,具有较高的性能价格比,广泛应用于休闲体育用品、基础设施、工业应用等领域,需求前景广阔;我国碳纤维生产以小丝束碳纤维为主,国内大丝束碳纤维应用在展纱工艺和浸润的效果方面仍待技术突破;今后大丝束碳纤维的发展应从制定大丝束碳纤维生产标准、改进展纱设备、改善浸渍树脂体系黏度和大丝束碳纤维相容性等方面着手,从而提升产品质量。     

赋型复合材料天线反射器制造技术研究

重点从材料选择、模具设计、工艺方案及过程控制等方面对赋型复合材料天线反射器的成型加工方法进行了分析。选择碳纤维单项带作为赋型天线反射器的面板材料。赋型天线反射器选用较为成熟的热压罐成型方法,可有效提高反射器的表面质量和加工精度。反射器成型方法选择干蒙皮与蜂窝芯组合固化的方法,由于反射器曲率变化大,蜂窝芯采用整张铺贴时容易发生翘曲变形,产生较大的残余应力,因此需对蜂窝芯进行预成型处理:蜂窝芯采用分块拼接法。结果表明:选用高性能的碳纤维复合材料,采用热压罐成型工艺,进行铺贴过程控制与时效处理能够实现赋型天线反射器的精度加工。     

碳纤维乒乓球拍底板材料的力学性能分析

研究了碳纤维种类和纱线屈曲角对传统机织物以及薄层展纤织物的拉伸强度、拉伸模量、压缩强度和压缩模量的影响,并对压缩破坏形态进行了分析。结果表明,展纤机织试样的纱线最大屈曲角都明显小于传统机织试样,展纤机织-1和展纤机织-2试样的拉伸强度、压缩强度都明显高于传统机织-1和传统机织-2试样,而拉伸模量和压缩模量基本相当,这主要与展纤织物经纬纱交织点少、面密度小以及纱线屈曲程度小有关。展纤机织试样具有较高的拉伸强度和压缩强度,可以较好满足碳纤维乒乓球拍底板材料的使用要求。     

纺丝工艺对T700级碳纤维及其复合材料性能的影响

采用同种上浆剂对不同纺丝工艺国产T700级碳纤维进行上浆，测试分析了不同纺丝工艺碳纤维的表观性能、接触角、展纱性、毛丝量及硬挺度，并对两种纺丝工艺碳纤维制备的复合材料的力学性能进行了测试分析。结果表明：干喷湿纺碳纤维的表面光滑，截面形状基本为圆形，湿纺碳纤维的表面有沟槽，截面形状大部分为近圆形或椭圆形，少量为腰形；干喷湿纺碳纤维在耐磨性、集束性和硬挺度方面均优于湿纺碳纤维，而湿纺碳纤维的展纱性及浸润性优于干喷湿纺碳纤维；干喷湿纺碳纤维制备的复合材料的层间剪切强度比湿纺碳纤维的高12%，干喷湿纺碳纤维制备的NOL环的拉伸强度及强度转化率也高于湿纺碳纤维的。     

浅析碳纤维浸胶纱试验标准的差异性

简述了碳纤维浸胶纱拉伸性能3个常用的试验标准,并从浸胶纱的制备工艺、试验参数和试验结果等方面进行分析,分析不同标准在树脂含量控制、加强片选择、试样长度、试验速度、试验预加载荷以及弹性模量取值方法等要求的差异性。     

玻纤捆绑纱双轴向经编碳纤维增强复合材料拉伸性能的研究

为了探讨玻璃纤维捆绑纱对复合材料拉伸性能的影响,对使用高性能玻璃纤维作为捆绑纱的双轴向碳纤维织物以及复合材料进行了拉伸性能测试,分析了材料的破坏模式以及影响因素。结果表明,使用玻纤捆绑纱并未提高增强织物的经向和45°的拉伸强度;玻纤捆绑纱可改善树脂浸渍,减少捆绑纱附近的应力集中,增强碳纤维层间的结合,大大提高碳纤维断裂同时性,从而提高其拉伸性能。捆绑纱相同时,经平组织试样经向强度优于编链组织,凸显了玻纤纱的优势,材料的拉伸性能更好。     

天线用碳纤维三向织物复合材料反射面一体化成型方法

本发明提供了一种伞天线用碳纤维三向织物复合材料反射面一体化成型方法, 将碳纤维丝束按照特定交织规律, 编织成平面三向织物, 然后将有机硅胶喷涂于三向织物表面, 将喷涂后的三向织物铺于伞天线发射面成型模具表面, 采用袋压室温硫化成型, 制得的复合材料具有强度高、比模量大、可塑性好、耐高温、抗冲击、耐疲劳,整体结构性能好等一系列优点, 将复合材料作为反射面与天线骨架连接, 完成天线反射面安装.     

高稳定碳纤维格栅夹层反射器结构设计及型面热变形优化

为控制星载反射器在轨运行期间的型面热变形,本文以一口径为1.2 m的抛物面反射器为研究对象,设计出一种制造工艺简单的高稳定碳纤维格栅夹层结构。首先,建立预测型面热变形的数值模拟方法,探究格栅芯子的结构参数对型面热变形的影响,以热变形均方根(RMS)为指标优化格栅的结构形式。然后,按照优化后的结构形式制备反射器,采用近景摄影技术测量低温下的型面热变形,验证了数值模拟方法的有效性。最后,研究了上蒙皮表面的树脂修型膜对型面热变形的影响规律。结果表明:优化后的格栅夹层反射器在-80℃～25℃均匀温度场下的型面热变形RMS为4.03μm,满足亚毫米波天线的使用要求;型面热变形RMS随树脂修型膜厚度和线膨胀系数的增加呈线性增加,因此在修型工艺中应严格控制树脂修型膜的厚度并选用低线膨胀系数的树脂。     

短切CF增强TPEE热塑性复合材料的注射成型及力学性能研究

以热塑性聚酯弹性体(TPEE)为基体材料,8 mm短切碳纤维(CF)为增强材料,制备CF/TPEE复合材料。材料通过双螺杆挤出系统混合塑化、挤出造粒后,再经过注塑成型制备成标准拉伸试样,通过力学性能测试及微观结构观察,系统研究了碳纤维含量和等离子表面处理对CF/TPEE复合材料拉伸性能的影响。结果表明,当碳纤维含量为20%时,CF/TPEE复合材料的拉伸强度最大,为39.08 MPa;相比于纯TPEE,其拉伸强度提高了217%;经过等离子表面处理后,拉伸强度进一步提高了5%。结合拉伸后断面的SEM图发现,注塑试样表层碳纤维取向度高,而近中区和中心层取向度相对较低,这是注射CF/TPEE复合材料拉伸性能提高效应不明显的主要原因。     

大丝束碳纤维应用及展纱设备研究进展

大丝束碳纤维应用是碳纤维复合材料发展的关键。本文主要介绍了大丝束碳纤维在各领域应用前景;美国卓尔泰克公司(ZOLTEK)为解决大丝束碳纤维展开困难、纤维浸润均匀性差、纤维到产品较低的强度传递和较差的产品外观而进行的设备改进;国内针对大丝束碳纤维应用的展纱设备、树脂体系等方面研究进展。     

碳玻混编单向复合材料的性能分析

采用碳纤维质量含量分别为7.4%、10.7%、13.8%的三种碳玻层间混编单向织物制备了纤维增强环氧树脂复合材料,分析了该类材料的力学性能与工艺性能。结果表明:碳玻层间混编复合材料的0°拉伸模量和0°压缩模量均随碳纤维含量的提高而升高,掺入碳纤维后碳玻混杂复合材料的0°拉伸强度比纯玻纤复合材料的有所降低,但随碳纤维含量的增加而升高,碳玻层间混编复合材料的0°压缩强度则没有明显的变化规律;掺入碳纤维后,碳玻层间混编复合材料的90°拉伸强度和模量均有所下降;低碳纤维含量的碳玻层间混编单向织物具有良好的Z向渗透性能。该类新材料未来有望在风电叶片结构减重和成本优化上发挥重要作用。     

PP/甘蔗皮纤维复合材料的拉伸性能

采用热压工艺制造聚丙烯(PP)/甘蔗皮纤维复合材料,并研究其拉伸性能。研究热压温度为175℃、压力为2 MPa、时间15 min工艺条件下纤维粒径大小和质量分数对复合材料拉伸强度和拉伸弹性模量的影响。结果表明:在甘蔗皮纤维质量分数为40%条件下,复合材料拉伸性能随着粒径减小呈现先增加后减少的趋势,当纤维粒径为40~60目(0.45~0.3 mm)时材料拉伸强度最大,为8.58 MPa,此时弹性模量为2.44 GPa;在相同纤维粒径40~60目条件下,纤维质量分数为40%时PP复合材料拉伸强度最大,纤维质量分数为50%时PP复合材料拉伸弹性模量最大,达到2.65 GPa。根据实验结果,甘蔗皮纤维增强PP复合材料在纤维粒径为40~60目、质量分数在40%时综合拉伸性能最佳。     

碳纤维拉伸模量准确测试研究

分析了碳纤维拉伸模量测试中存在的问题,表明引伸计是准确测试碳纤维拉伸模量的必要设备。通过对T800-12K碳纤维拉伸模量测试结果的分析比较,认为应变范围的选择直接影响模量的计算结果,在应变范围为0.2%~0.7%时,可以获得具有与标称值很好一致性的结果。拉伸形变速率对模量测试结果具有一定影响,研究表明拉伸形变速率约0.1/min对于碳纤维拉伸模量测试较为合适。     

平纹机织玄武岩纤维/环氧树脂复合材料冲击拉伸行为

以常规机织工艺生产织物增强体,以真空辅助树脂转移模塑法(VARTM)制备成型复合材料,研究单层平纹玄武岩长丝增强环氧树脂复合材料在准静态和高应变率加载下的拉伸性能。准静态和高应变率拉伸试验分别在MTS-810.23试验仪和分离式霍普金森拉杆(SHTB)测试系统上完成。试验结果表明该材料的力学性能具有应变率依赖性:随着应变速率的增加,拉伸模量和拉伸强度单调增加,失效应变单调减小,弹性能先增加后减小。材料的失效破坏特征也呈现明显的应变率效应:准静态拉伸时,材料断口整齐,树脂的破碎少,几乎没有纤维的抽拔和经纬向纤维束间的滑移;高应变率拉伸时,材料断口参差错乱,树脂完全破碎,纤维束抽拔严重、相互崩裂和滑移,织物增强体结构的整体性破坏严重。     

Relationship between tensile properties and ballistic performance of poly(ethylene naphthalate) woven and nonwoven fabrics

In this study, we investigated the effect of tensile properties of poly(ethylene naphthalate) (PEN) yarns on the ballistic performance of woven and nonwoven soft and composite armors. The results of ballistic tests of PEN armors were compared with Kevlar 49 armors as a reference. Based on these results, the Cunniff's equation was revised by removing the fiber elongation at break to predict the relationship between tensile properties and ballistic performances of PEN fibers. The calculations showed that by increasing tenacity of PEN fibers from 8.5 g/den (commercial product) to 12.5 g/den (strongest up to date PEN fibers produced by a novel melt spinning process discovered by our research group), the weight ratio of PEN to Kevlar 49 decreased from 1.8 to 1.35 with the same ballistic performance. Contrary to the results of the soft armors, composite armors made of high modulus PEN woven fabric showed a 17% lower ballistic resistance compared to the composite armor made of low modulus PEN woven fabric. The results of ballistic tests indicated that high tenacity PEN fibers produced in this research could have potential in soft and composite armors, and high velocity impact applications or improve performance of PEN in its current applications. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012     

连续玻纤增强聚丙烯混纤纱织物层压成型工艺研究

采用两种不同形式的混纤纱机织物为原料,利用层压成型的方法制备了连续玻璃纤维(GF)增强的聚丙烯(PP)板材。研究了层压温度、压力、保压时间和混纤纱机织物形式对层压板材的弯曲性能和层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,当层压温度为230℃,层压压力为8.5 MPa,保压时间为30 min,降温过程冷却速度为0.5℃/min时,层压板材的力学性能最佳。弯曲强度和模量分别达到352.58 MPa、23.09 GPa,ILSS达到27.37 MPa。此时,纤维含量和空隙率分别为72.25%、2.03%。在最优工艺条件下制备的两种不同织物形式层压板材弯曲强度和弯曲模量以及ILSS:2/2斜纹织物平纹织物。两种织物层压板材的空隙率:2/2斜纹织物平纹织物。     

应用于复合材料的PVC涂层织物下角料的再利用特性研究

利用PVC涂层的玻璃纤维织物下脚料作为原料，试制了玻璃纤维增强聚氯乙烯复合材料。分析了复合材料的性能特点并探讨了提高其成型品品质的有效途经。实验结果表明：利用纤维类下脚直接挤出造粒工艺，其注塑成型品的强度要低于PVC单体的强度；通过与PP（非织造布下角）和PE（废弃渔网）复合后，复合材料的强度和弹性模量得到显著提高，特别是弹性模量方面显示出了玻璃纤维的增强效果。     

公路路面超薄石脂面层胶黏剂拉伸性能及影响机理

超薄石脂面层具有轻薄、抗滑、施工效率高等特性,在路面铺装中已得到广泛应用.通过配合比试验制备了用于公路路面超薄石脂面层铺装的胶黏剂,通过树脂浇铸体拉伸试验研究了不同种类、不同用量的增韧剂、稀释剂和固化剂对胶黏剂拉伸性能的影响,并通过SEM和FTIR试验,探讨了各添加剂对拉伸性能的影响机理.结果表明:超薄石脂面层胶黏剂中A组分(环氧树脂及改性剂)最佳配比为:环氧树脂E-51:环氧树脂E-44:增韧剂F1:稀释剂D1:阻燃剂=50:50:20:10:8,B组分(固化剂及改性剂)最佳配比为:固化剂H1:促进剂:偶联剂=70:10:2;随增韧剂或稀释剂含量的增加,试件抗拉强度先升高后降低,弹性模量持续降低,断裂伸长率则不断升高;胶黏剂固化物抗拉强度为21.83 MPa,拉伸弹性模量为0.47 GPa,断裂伸长率为38.24％;增韧剂中聚氨酯与环氧树脂相互缠绕、贯穿成网络结构,出现互穿包容效应,起到增韧作用,稀释剂通过降低胶黏剂的交联密度来增进延展性,固化剂中氨基与环氧基发生固化反应.     

T700碳纤维/环氧树脂复合材料热降解实验研究

针对T700碳纤维增强环氧树脂复合材料的热降解行为以及回收所得碳纤维的力学性能进行了研究。研究结果表明,碳纤维的存在增加了环氧树脂降解时所需的活化能,热降解反应的温度、时间和气氛等因素对环氧树脂基体降解效果以及回收碳纤维力学性能均有影响。在空气条件下500℃处理30 min后碳纤维表面没有残留物,但其回收纤维的拉伸强度保留率仅为77.6%。通过首先在氮气气氛高温短时热处理,再在空气气氛下450℃进行30 min热降解的两步法处理后,碳纤维表面残炭得到去除,回收碳纤维的拉伸强度保留率达到了90.4%,由其制备单向复合材料的层间剪切强度保留率可达到75.8%。     

热处理工艺对PBO纤维拉伸性能影响

针对研究较少的聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维热处理工艺进行研究,通过控制热处理气氛、热处理温度、热处理停留时间和预加应力4个参数,对初纺丝PBO(PBO–AS)纤维的热处理工艺进行优化,得到拉伸性能大幅提高的PBO–HM纤维。利用电子织物强力仪对PBO–HM纤维的拉伸性能进行测试,发现热处理氛围为N2时PBO–HM纤维的性能更为优异;热处理温度控制在550℃以下时,热处理温度越高,热处理后得到的PBO–HM纤维的拉伸弹性模量越高,但热处理停留时间延长会使拉伸强度降低;预加应力有助于PBO–HM纤维拉伸弹性模量的增加。经分析得出,最优热处理温度为550℃,热处理停留时间为53.3 s,预加应力为5.48 c N/dtex,得到的PBO–HM的拉伸性能较优。