国产碳纤维增强树脂基复合材料的界面结合性能研究

研究了国产高强中模碳纤维T800、高模碳纤维M50J及M55J的力学性能及其增强树脂基复合材料的界面结合强度(ILSS),并与日本东丽公司同级别碳纤维进行对比。结果表明:国产M55J碳纤维的拉伸模量为568 GPa,拉伸强度为4.50 GPa,日本东丽公司M55J的拉伸模量为561 GPa,拉伸强度为4.10 GPa,国产高模碳纤维表面石墨化程度高于日本东丽碳纤维,表面呈现更高惰性,其增强树脂基复合材料的ILSS略低于日本东丽碳纤维复合材料;将高强中模碳纤维与高模碳纤维混合后对树脂基体进行增强,混合碳纤维中随着高强中模碳纤维含量提高,其复合材料的ILSS提高幅度也随之增加。     

拉伸回弹法测定碳纤维的压缩强度

通过搭建电弧辅助单丝测试装置,采用拉伸回弹法,测定了日本东丽公司的T300,T800H碳纤维以及美国赫氏公司的IM7碳纤维,采用极限均值法(方法一)和区间择优法(方法二)对所测数据进行统计,并对其结果与文献报道的直接法测得的结果进行比较。结果表明:采用方法一和方法二统计的拉伸回弹法测得的T300碳纤维的单丝压缩强度分别为1.97,1.98 GPa,T800H碳纤维单丝压缩强度分别为2.17,2.15 GPa,两种方法统计的压缩强度结果基本相同,与直接法测定的结果接近,方法一比较直观,方法二则可以通过设置合理的区间获得更小的测试误差;采用拉伸回弹法对IM7碳纤维的单丝压缩强度进行两次平行测试,所得的单丝压缩强度分别为2.56～2.66,2.65 GPa,误差为0.1 GPa;拉伸回弹法具有较好的可重复性,拉伸回弹法可用于高强中模型碳纤维本征压缩强度的表征。     

不同直径国产高强中模型碳纤维结构及其轴向压缩强度关系的研究

通过测量与比对东丽T300、T800H碳纤维的压拉比,验证了拉伸回弹法测量高强中模型碳纤维本征压缩强度的可行性。采用该方法测试了五种不同直径国产T800级高强中模型碳纤维的单丝压缩强度,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分别表征其石墨微晶结构及断裂形态。探讨了碳纤维结构与力学强度的关联性。结果表明,当直径的变化有利于提升石墨微晶的基面宽度和取向度时,国家高强中模型碳纤维的轴向抗压性能得到强化,单丝压缩强度可达2. 8 GPa,压拉比为0. 52,显著高于东丽T800H的0. 42。碳纤维/环氧复合材料轴向压缩强度可达1 715 MPa,进一步验证了单丝压缩强度的研究结果。     

日本东丽公司开发出新型碳纤维

<正>据《日本经济新闻》2018年12月19日报道,日本东丽公司开发出新型碳纤维,其强度比以往产品提高了30%。东丽公司将新型碳纤维首先应用于高尔夫用具和无人机上,力争到2020年下半年应用于飞机。新型碳纤维的弹性模量为377 GPa,加工为束状时的拉伸强度为5. 7 GPa。这是世界范围内首次以这一水平量产兼顾2个功能的碳纤维。在飞机和汽车上,使用碳纤维替代金属的情况正在增加,目的是减轻质量,改善燃效性能。东丽公司认为,     

高强高模PAN基石墨纤维的制备研究

以国产T800级PAN基碳纤维为原料,通过调整石墨化温度和牵伸率,制备出拉伸强度3.8 GPa和拉伸模量450 GPa的石墨纤维。研究发现,拉伸模量随石墨化处理的温度升高和牵伸比的增加而提高,而其拉伸强度随牵伸比的增加而下降。进一步分析石墨化处理过程中纤维微观结构参数发现,微观有序化和高取向是制备高强高模石墨纤维的关键。     

低温石墨化对碳纤维性能的影响

使用高温石墨化炉对实验室自制的高强中模碳纤维进行连续石墨化处理,制备得到了强度4.86 GPa、模量541 GPa的高强高模碳纤维,并详细研究了石墨化处理过程中主要工艺参数对碳纤维结构与性能的影响。研究结果探索掌握了低温石墨化(1 600~2 200℃)过程中,不同处理温度对碳纤维密度、拉伸强度、拉伸模量等性能的影响规律。     

中小型无人机用国产碳纤维复合材料拉伸性能研究

研究测试了不同国产碳纤维预浸料的拉伸性能,包括T700中温固化0°/90°拉伸性能、T700高温固化0°/90°拉伸性能、T800高温固化0°/90°拉伸性能。0°拉伸强度最大达到2062Mpa(江苏恒神),拉伸模量最大139GPa, 90°拉伸强度最大51Mpa,拉伸模量9.15GPa, 0°压缩强度最大1171MPa,压缩模量130GPa, 90°压缩强度最大达到187MPa,而T700和T800高温固化国产碳纤维的性能更加优异,0°拉伸强度高了将近1500MPa,拉伸模量提高了将近100GPa左右。结果表明,目前国产T700中温固化碳纤维预浸料力学性能基本与进口材料相当,大于中小型无人机拉伸性能设计准则,能够满足中小型无人机的结构设计和生产。     

加捻对T800碳纤维拉伸性能的影响

要通过对日本东丽1700、T800碳纤维复丝拉伸性能的表征主要研究了加捻对,T800碳纤维拉伸性能的影响。研究结果表明：采用浸胶后加捻的方式有助于改善T800碳纤维的拉伸性能,合适的捻度可使其拉伸强度提高5％,断裂延伸率提高10％。并通过对rr800碳纤维干纱加捻的研究基本确定了T800碳纤维的临界捻度为15n／m。     

高热导率聚丙烯/石墨复合材料的制备与性能

为了提高聚丙烯(PP)的导热性能,扩大其使用范围,采用价格低廉的商用石墨对PP进行改性,利用转矩流变仪制备了PP/石墨导热复合材料。研究了粒径为2μm和20μm的石墨及其复配对复合材料热导率及力学性能的影响。结果表明,复合材料的热导率随着石墨用量的增加而显著增大,20μm石墨填充的复合材料热导率高于2μm石墨填充的复合材料;由于石墨的各向异性,层内热导率远高于层间热导率;将两种粒径的石墨复配,固定石墨总质量分数为40%,当2μm石墨与20μm石墨质量比为1︰5时,复合材料层间和层内热导率达到最大,分别为1.125 W/(m·K)和2.897 W/(m·K),比相同用量下单一2μm石墨填充PP分别提高了121%和61%,比单一20μm石墨填充PP分别提高了3.6%和20%。随石墨用量增加,单一粒径石墨填充的复合材料拉伸强度和弯曲强度呈现先减小后增大的趋势,随复配填料中20μm石墨用量增加,复配填料填充复合材料的力学性能呈下降趋势,但弯曲强度变化不大,拉伸强度也在10 MPa以上。     

碳纤维复合材料在航空领域的新应用新设计

T300碳纤维／树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用,目前应用较多的为拉伸强度达到5．5GPa,断裂应变高出T300碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H纤维。     

Effect of graphitization temperature on microstructure of PAN-based high modulus graphite fibers

以日本东丽公司T800碳纤维为原料,经不同温度的连续石墨化处理得到性能不同的高模量碳纤维。利用X射线衍射（XRD）和激光拉曼光谱（Raman光谱）研究了5种自制PAN基高模量碳纤维（1^#,2^#,3^#,4^#,5^#）的微观结构。结果表明：随着石墨化温度的升高,石墨微晶尺寸L_c、L_a10、L_a110及取向度均逐渐增大,而d₀₀₂和取向角则逐渐减小。石墨化温度越高,碳纤维的石墨化程度越高,结晶度越大。     

石墨／碳纤维／聚丙烯高强导热材料的研究

采用聚丙烯、石墨、碳纤维 (CF)制备出满足实际应用要求的高导热、高强度复合材料。实验结果表明 ,石墨和碳纤维在基体中的合理分布能显著提高复合材料的导热性能和力学性能。当聚丙烯和石墨的质量比为 5 0 /5 0时 ,添加 3 .3 3 %的碳纤维 ,其热导率为 2 .1W /(m·K) ,拉伸强度达到 5 1.49MPa。     

PAN基碳纤维宏微观结构与拉伸强度的关联性

采用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪、X射线衍射仪和X射线小角散射仪对市场采购的T300及T700碳纤维和实验室自制的SY300及SY700碳纤维的宏观和微观结构进行了表征和分析,比较了这4种碳纤维在宏观和微观之间的差异,并分析了这些差异对拉伸强度的影响。结果表明:宏观方面,拉伸强度与直径成反比关系,其数值大小与直径实验方法密切相关;微观方面,对于不同类型碳纤维的拉伸强度与石墨化程度和微晶厚度成正比,与微晶层间距和微孔大小成反比。对于同类型的碳纤维,其石墨化程度、微晶厚度及层间距相近,微孔尺寸是影响拉伸强度的最主要因素。     

高强度良好成型性的沥青系碳纤维

新日本制铁和新日铁化学开发并开始出售的强度高、成型性良好的沥青碳纤维。纤维的直径7μm,比以前的系列产品10μm直径的细30%,除与聚丙烯腈系纤维同等外,拉伸弹性摸数比以往的50～80T/mm~2高,并且没有聚丙烯腈系纤维不良的性质。因此成型性好,可制造极薄的预成型料(布状半制品)。新日铁使用生产的丝状沥青系碳纤维,加工成极薄的预成型品。制品由新日化负责     

高温石墨化对碳纤维结构的影响

使用高温石墨化炉对实验室自制的高强中模碳纤维进行连续石墨化处理,制备得到了强度4.86 GPa、模量541 GPa的高强高模碳纤维,并详细研究了石墨化处理过程中主要工艺参数对碳纤维结构与性能的影响。研究结果探讨掌握了高温石墨化(2 500℃)处理前后碳纤维微观结构的演变规律。     

碳纤维复丝拉伸性能测试影响因素研究

碳纤维作为增强材料使用时,其复合材料的力学性能很大程度上取决于碳纤维本身的力学性能,因此准确表征碳纤维的拉伸强度、拉伸模量等力学性能对其后续研究、生产和应用具有重要作用。根据标准GB/T 3362—2017、ASTM D4018—17以及ISO 10618:2004(E)中的规定,并结合实验室碳纤维拉伸测试积累的数据结果,测定T300B、T700SC及T800HB 3种碳纤维浸胶复丝的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率,确定最佳测试条件。结果表明:在2 mm/min及5 mm/min的拉伸速率下,T300B、T700SC及T800HB碳纤维复丝拉伸强度和拉伸模量测试值接近真实值;应变区间为0.3%～0.6%时测出的拉伸模量值接近T300B、T700SC及T800HB碳纤维复丝的真实值。     

一种高强碳纤维力学性能测试方法

力学性能作为评价高强碳纤维产品性能的重要指标,研究其影响因素显得尤为重要。通过改变制样过程中胶液种类、胶液配比、固化温度以及补强温度等因素,可达到提高高强碳纤维力学性能目的[1]。经过实验最终确定选用测试方法是:以TDE-85、粉末状DDM、丙酮作为胶液;其最佳胶液配比为TDE-85∶粉末状DDM∶丙酮=100∶40∶120(质量比);固化温度60℃、1 h,80℃、1 h,120℃、2 h;补强温度60℃、1 h。以T800H为试样测试结果:拉伸强度为5771 MPa,拉伸模量为235 GPa,加引伸计后拉伸模量为294 GPa;厂家T800H拉伸强度标准值为5490 MPa,拉伸模量为294 GPa。实验结果拉伸强度标准值比厂家给的标准值高280 MPa,拉伸模量吻合。     

韩国晓星开发高强中模碳纤维 强度高于T800

正据外媒称,韩国晓星高新材料(株)(Hyosung Advanced Materials Corp.)碳纤维业务部开发了一种适用于下一代航空主次结构件的新型高强中模碳纤维。目前,该型号碳纤维仅有24k丝束产品,6k和3k的产品也即将面世。晓星官方表示,该型号碳纤维产品的拉伸强度高于国际市场上现有的中等模量碳纤维。主要力学性能包括,拉伸强度6120MPa,弹性模量293GPa(东丽T800碳纤维拉伸强度5490MPa,弹性模量294GPa)。目前,该产品有无上浆剂(适合热塑性树脂)     

高强高模碳纤维技术获得新进展

正宁波材料所特种纤维事业部在高强高模碳纤维国产化制备技术领域取得了重大突破,制备得到的高性能碳纤维拉伸强度为4.86 GPa、拉伸模量为541 GPa,在模量达到国外同类产品性能(540 GPa)的同时,拉伸强度远优于国外产品,从而打破了国外在该领域的垄断并填补了国内技术空白。高强高模碳纤维又称为石墨纤维,与传统高强碳纤维相比,其含碳量高达99%以上,且具有更高的模量。此     

复配酰胺酸乳液改性玻璃纤维增强环氧树脂界面性能的研究

实验合成了酰胺酸乳液(SA-1),并添加聚乙烯吡咯烷酮进行复配(SA-2),通过纳米粒度分析仪、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)测定乳液粒径及干燥成分的官能团结构。利用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究处理前后玻璃纤维的表面形貌,并分别用单丝拉伸和微脱黏法测定单纤维的拉伸性能和复合材料的界面剪切性能(IFSS)。结果表明,SA-2乳液平均粒径为99 nm,分布范围为21 nm~220 nm,优于SA-1。SA-1乳液涂覆处理的膜层光滑,平均厚度为0.20μm,而SA-2处理后,玻璃纤维的表面粗糙度增大,膜层厚度为0.12μm。SA-1处理后玻璃纤维单丝拉伸性能从1.401 GPa降至1.369 GPa,GF/环氧树脂复合材料IFSS从20.06 MPa增至26.84 MPa;SA-2处理后单丝拉伸强度降至1.383GPa,复合材料IFSS为32.70 MPa,提升了63.01%。