碳纤维及树脂基复合材料产业发展面临的机遇与挑战

本文介绍了国内外高性能碳纤维、碳纤维增强树脂基复合材料、复合材料制造技术等发展现状及未来发展趋势,总结了国内碳纤维增强树脂基复合材料产业发展存在的问题,分析了国内碳纤维增强树脂基复合材料产业发展的需求,提出了碳纤维增强树脂基复合材料重点发展方向。      

碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展

综合评述了碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展.介绍了碳纤维增强体的优点和两种不同的去胶方法,比较了不同的碳纤维涂层和基体成分对复合材料界面状态的影响,并对今后碳纤维增强镁基复合材料的研究方向进行了展望.     

C/PyC/Si-C-N复合材料的热膨胀行为

采用CVI方法制备出了具有热解碳界面层的碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/PyC/Si-C-N)和无界面层的碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/Si-C-N)。用热膨胀仪分别测试了C/PyC/Si-C-N和C/Si-C-N的热膨胀性能,研究了碳界面对复合材料热膨胀性能的影响。研究结果表明:在25~1200℃范围内,C/PyC/Si-C-N复合材料的平均热膨胀系数为0.638×10-6 K-1,线膨胀率为0.0752%;在780℃以上,碳界面的存在使碳纤维增强SiC-N基复合材料的热膨胀系数降低,在780℃以下时则对复合材料的热膨胀系数基本无影响。     

国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展

高强中模碳纤维增强复合材料是当前及未来相当长时期内主要的航空结构复合材料。借鉴国外高强中模碳纤维及其高韧性复合材料发展经验,在国内高强型碳纤维复合材料成熟经验的基础上,实现了高强中模T800级碳纤维规模化生产,系统分析了与国产高强中模碳纤维匹配的树脂基体、预浸料及其复合材料技术现状。国产T800H级碳纤维增强高韧性环氧树脂基和双马树脂基复合材料抗冲击性能达到国外同类复合材料的水平,高韧性环氧树脂基复合材料的耐湿热性能优于国外同等韧性的复合材料。国产T800H级碳纤维增强高韧性复合材料预浸料具有优异的工艺性能,可同时满足手工铺贴、自动铺带和自动铺丝3种铺放工艺要求。在T800级复合材料成熟应用的基础上,未来主要发展高压缩强度、高模量和基于BVID的高冲击韧性高强中模碳纤维复合材料。     

基体合金元素Cu对SiC_p/Al复合材料热物理性能的影响

正0引言碳化硅颗粒增强铝基复合材料作为一种新型的金属基复合材料,因其具备高的比刚度、比强度及低的热膨胀系数、尺寸可设计性、高热导率和价格低廉等优点而备受广泛的关注和研究~([1-4])。其中热导率和热膨胀系数是碳化硅增强铝基复合材料在电子封装领域中的重要性能指标~([5]),电子元件在工作时产生大量热量,若不及时散热,将会导致芯片的失效;且两者的热膨胀性能需要相匹配,要求具有高的稳定性,防止材料变形对电子元件造成热应力损坏~([6-7])。因此获得综合热物理性能     

碳纤维增强复合材料的摩擦学研究进展

综述了碳纤维增强聚合物基、金属基、碳基等复合材料的研究和发展,分析了碳纤维的含量、碳纤维方向、纤维混杂、碳纤维的表面处理以及环境温度等因素对增强复合材料摩擦学性能的影响,并提出了今后需进一步深入研究的问题.     

表面镀Ni碳纤维增强Cu基复合材料的制备和表征

为提高碳纤维/铜(Cf/Cu)复合材料中Cf与Cu基体的结合强度,通过电化学法在Cf表面沉积一层约1μm厚的Ni镀层,进而沉积厚约6μm的Cu镀层,将镀覆Ni-Cu复合镀层的短纤维复合丝在800℃、20MPa下利用放电等离子烧结(SPS)制备镀镍碳纤维增强的铜基复合材料(Cf/Cu(Ni)),并与相同烧结工艺下制备的相同碳纤维体积分数的Cf/Cu复合材料进行对比。利用XRD和SEM分别研究了碳纤维表面Ni镀层的物相及表面形貌,用附带EDS的SEM研究了Cf与Ni-Cu复合镀层断面、Cf/Cu(Ni)复合材料表面及断口形貌,采用电子式万能试验机研究了未经修饰的碳纤维、镀Ni碳纤维、镀Cu碳纤维和Cf/Cu(Ni)以及Cf/Cu复合材料的拉伸性能。结果表明,镀Ni碳纤维复合丝的拉伸强度略高于未经修饰的碳纤维,断裂伸长率则略低于未经修饰的碳纤维,拉伸过程中Ni镀层无剥离,这与其表面Ni镀层和Cf的结合强度较高有关。Cf/Cu(Ni)复合材料呈塑性断裂,力学性能明显优于Cf/Cu复合材料,拉伸强度提高20%以上。     

沥青基碳纤维及其混杂纤维增强尼龙1010复合材料结构与性能的研究

本工作研究了通用型沥青基碳纤维、玻璃纤维及它们的混杂纤维增强尼龙1010复合材料的结构与性能,并与相应的聚丙烯腈基碳纤维及其混杂纤维复合材料的性能作了系统的比较.实验结果表明,随短纤维含量的增加,复合材料的模量和强度线性增加,当纤维含量达到一定临界值时,其强度有所下降.聚丙烯腈基碳纤维增强尼龙1010复合材料比相应的沥青基碳纤维复合材料具有较好的力学性能,但后者通过与高强度玻璃纤维混杂增强,可提高其力学性能.本工作还研究了这些复合材料的断裂特征和它们的混杂效应.      

碳纤维增强树脂基复合材料的应用研究进展

简述了碳纤维增强树脂基复合材料的性能特点及各种成型工艺,结合该复合材料的优异性能,介绍其在航空航天、交通运输、风电、医疗等领域的应用进展.最后对碳纤维增强树脂基复合材料的发展前景及可回收利用前景进行了展望.     

高性能树脂基复合材料典型空天环境下动态力学行为研究现状

随着飞行器结构中碳纤维增强树脂基复合材料用量的迅速增加,其应用范围从非主承力构件逐渐扩展到主承力构件,复合材料结构中的疲劳、低速冲击和高速撞击等动态力学问题已经引起了国内外研究者的广泛关注.本文综述了典型空天环境因素与碳纤维增强树脂基复合材料的交互作用,重点探讨了其在疲劳、低速冲击和高速撞击载荷作用下的行为,简述了环境损伤与动态载荷耦合对碳纤维增强树脂基复合材料动态力学性能的影响,以期为聚合物基复合材料在空天飞行器上的应用提供有益的参考.     

碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究

将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×10^4μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m^2可输出5~6μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70℃左右,1 m^2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10^-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。     

后热处理对C_f/ZrC复合材料微观结构及性能的影响

以C/C复合材料为基材、Zr_2Cu合金为渗剂,采用低温反应熔渗工艺制备得到碳纤维增强碳化锆陶瓷基复合材料(Cf/ZrC),重点研究后热处理对Cf/ZrC复合材料微观结构及性能的影响。结果表明:经1400~2200℃热处理后,材料密度下降,开孔率增大;材料在后热处理过程中会发生残余富铜熔体的流失、ZrC基体体积分数的增加以及ZrC基体结构的破坏;后热处理造成材料力学性能下降,热处理温度达到2200℃时,材料的弯曲强度保留率仅为52.3%。     

电化学浸渗法制备纤维/铜基复合材料

基于电化学浸渗技术(ECI)在室温下制备了连续铜纤维、碳纤维和玻璃纤维增强铜基复合材料。实验结果表明,在本实验工艺条件下可获得致密的纤维/Cu基复合材料,并具有优良的力学性能。复合材料的断口形貌及显微结构的SEM观察表明,纤维与铜基体之间的界面结合良好,纤维不受任何损伤。证实了ECI在室温下快速制备纤维增强金属基复合材料的可行性。     

原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料损伤与修复研究

基于热塑性复合材料易修复的特性,开展了碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基复合材料修复技术研究。研究了工艺温度、压力和时间对复合材料力学性能的影响规律。结果表明：在200℃、0.75 MPa压力下保持10 min可以获得优化的复合材料力学性能。引入低速冲击损伤,使用热压修复工艺修复碳纤维增强PMMA基复合材料的损伤。通过X射线断层扫描测试、超声波无损检测技术和断面摄像方法评估了此复合材料的损伤行为和修复效果。结果表明：低速冲击对碳纤维增强PMMA基复合材料的损伤分为低变形量区域的纵向开裂与分层和高变形量区域的纤维断裂与基体失效的混合模式。碳纤维增强PMMA基复合材料损伤试样经过热压修复后,损伤外形恢复良好,损伤区域大小显著减少,内部的开裂和分层等损伤恢复良好,复合材料压缩强度从140 MPa恢复至263 MPa,达到未损伤复合材料压缩性能(307 MPa)的85.7%。     

镍涂层短碳纤维增强AZ91D镁基复合材料的界面特征和阻尼性能

使用表面化学镀镍的短碳纤维为增强体、AZ91D粉为基体金属,用粉末冶金法和热挤压工艺制备镁基复合材料,用SEM、TEM-EDS、拉伸和动态热机械分析(DMA)等手段表征其微观形貌、界面结构、力学性能和阻尼性能,研究了金属镍涂层短碳纤维对AZ91D镁基复合材料的界面和阻尼性能的影响。结果表明,碳纤维在复合材料中分布均匀,沿着挤压方向定向排列;镍涂层改善了碳纤维与AZ91D基体之间的润湿性;不同频率的应变谱和G-L特征线都表明:复合材料的阻尼机制,除了位错之外还有其他机制;随着应变频率的提高复合材料的阻尼机制由以界面滑移为主转变为以位错为主。随着温度的升高涂层碳纤维增强镁基复合材料的阻尼容量增大,在250~300℃出现一个阻尼峰。随着频率的提高阻尼峰值的温度移向高温,表现出热激活弛豫过程的特征,根据Arrhenius公式计算出其热激活能(H)为3.448 e V。     

碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的研究进展

界面相作为复合材料基本组元之一,其结构组成与性能对材料的性能有着极其重要的影响.综述了碳纤维增强陶瓷基复合材料界面相的功能要求、界面结合类型.阐述了界面相厚度对复合材料性能的影响,适当的界面厚度有利于复合材料获得最佳性能.重点介绍了目前碳纤维表面涂层工艺的研究现状,并分析了各种制备工艺的优缺点.最后指出了今后碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的研究方向.     

有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术研究

超高温陶瓷基复合材料是以连续碳纤维为增强体、超高温陶瓷为基体的一类复合材料,具有密度低、韧性好、耐高温、抗氧化及耐烧蚀等优异性能,在新型高速飞行器热结构应用方面有着不可替代的作用。碳纤维增强体和陶瓷基体是超高温陶瓷基复合材料的两个重要组成部分,对复合材料使役性能起着决定性作用,但是,碳纤维与陶瓷基体的理化性质差异大,如何将碳纤维与陶瓷基体进行有效复合,以便充分发挥碳纤维轻质、高强韧特性与陶瓷基体抗氧化、耐烧蚀特性,是超高温陶瓷基复合材料基础研究和工程应用需要解决的主要问题。本文论述了有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术的发展思路,介绍了超高温有机陶瓷前驱体的设计与合成、C/ZrC-SiC和C/HfTaC-ZrC-SiC复合材料的研究结果,探讨了解决新型高速飞行器高温气动/燃气环境氧化烧蚀问题的材料技术方案,为连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料的技术发展和工程应用提供借鉴。     

连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性研究

修补和加固的在役混凝土结构需要有效的手段来监测和评定其安全状况。研究了连续碳纤维增强水泥基复合材料三点弯曲梁在不同加载方式下,其电阻与变形之间的变化规律,探究连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性。结果表明,连续碳纤维增强水泥基复合材料试样的应变-电阻敏感度高于电阻应变片,线性度、滞后性较好,蠕变小,稳定性较好。据此,可将连续碳纤维增强水泥基复合材料用来制作感知结构损伤的传感器,实现对大型土木结构的在线健康监测。如果将其用作修补材料,那么在修补加固破损结构的同时,还可利用其应变-电阻敏感性长期在线动态监测结构的损伤及修补质量。     

碳纤维增强聚合物基复合材料回收再利用现状

优异性能的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRPs)在各领域的快速应用发展给复合材料废弃物的回收带来了挑战,尤其是碳纤维增强热固性复合材料.为有效回收碳纤维增强复合材料,促进复合材料产业的可持续发展,本文从多个角度对废弃CFRPs回收再利用研究现状进行综述,包括各回收工艺技术特点、应用领域及可降解树脂实现回收CFRPs的...     

空间反射镜新材料研究进展

传统的反射镜材料已满足不了反射镜大口径超轻量化的发展要求。碳纤维复合材料因其出众的性能优势,必将成为未来反射镜材料领域中的重要一员。综述了碳纤维增强SiC复合材料(C/SiC)、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)、碳纤维增强碳基体复合材料(C/C)这3种具有巨大潜力的反射镜材料,并重点论述了这3种材料的性能特点、应用现状、制备方法及技术瓶颈等问题。最后展望了碳纤维复合材料在反射镜领域的发展前景。