针刺炭布／网胎复合织物中的纤维转移和损伤研究

将T-300炭纤维平纹布和聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维网胎预复合后,使用15×16×36×3C222G73012型刺针,接力层叠针刺制备炭布/网胎复合织物。通过SEM研究了刺针对纤维的转移作用及损伤情况。结果表明,网胎纤维在刺针倒钩带动下,沿垂直方向转移后,以"销钉"作用形成"板钉"状网络结构,和平面织物一起构成复合织物的准三维网络结构;在针刺过程中,刺针对网胎和炭布纤维造成不同程度的损伤,特别是炭布纤维的损伤造成平面内强度的大幅度降低,在针刺密度为8针/cm2,针刺深度为12mm的情况下,炭布拉伸强力经向从2140N下降为1440N,纬向从1970N下降为1280N。损伤的炭布纤维在z向基本无转移增强作用。     

针刺炭纤维预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响

采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响.结果表明,两种C/C复合材料的热学（垂直方向导热系数）、电学性能及石墨化度基本相当;而针刺6K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料的拉伸、弯曲、压缩、层间剪切强度分别为127MPa,189MPa,263MPa,24.6MPa;其平行方向导热系数为54.6W/m＆#183;K,比常规针刺12K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料相应提高了38％,32.2％,32.8％,38.9％,21％,彰显了细化针刺预制体结构单元对C/C复合材料力学性能的显著影响.     

SiC含量对C/C-SiC复合材料弯曲强度及抗氧化性能的影响

选用聚碳硅烷（PCS）为前驱体，对密度分别为1．34g／cm^3，1．52g／cm^3和1．62g／cm^3的针刺炭布C／C材料进行液相致密化处理，制得密度达1．75g／cm^3的C／C-SiC复合材料，并与密度为1．85g／cm^3的同结构高密度C／C材料的弯曲强度和抗氧化性能进行了对比分析。结果表明：密度为1．34g／cm^3的C／C材料经过PCS致密化处理，在保持高密度C／C材料的弯曲强度同时，显著提高了材料的抗氧化性能。     

针刺成型C／C预制体的研究进展

预制体作为C／C复合材料的增强结构,它的发展必定会推动C／C复合材料应用于更广闾的领域。文章综述了针刺成型C／C预制体技术在国内外研究进展,并概述了影响针刺C／C预制体性能的主要因素,包括炭布、网胎以及针刺工艺参数等,并对我国针刺技术的发展提出了一些建议。     

化学气相沉积致密针刺C/C复合材料的结构及力学性能研究

以T300炭纤维无纬布、网胎为原材料,层叠针刺成型炭纤维预制体,并采用化学气相沉积工艺对预制体进行致密,制成密度为1.55 g/cm3的针刺C/C复合材料。对针刺C/C复合材料的微观结构进行了观察分析,并对材料力学性能进行了测试。结果表明:化学气相沉积致密的针刺C/C复合材料呈现出以层间大量垂直纤维束为节点的类钉板状网状结构,这种特殊结构使材料层间结合更好,材料整个结构更加紧密;针刺C/C复合材料内部纤维被沉积形成的热解炭所包裹,热解炭的织构类型为光滑层(SL)和粗糙层(RL)并存;针刺C/C复合材料的各项力学性能均达到了较高水平,并且高温力学性能比常温力学性能有了很大幅度的提高。     

针刺炭/炭复合材料层合板低速冲击损伤仿真

为分析针刺作用对炭/炭复合材料力学性能的影响,通过对针刺炭/炭复合材料层合板进行整体结构分析,建立相应的宏观有限元模型。针对炭布层和网胎层分别引入适当的损伤判据,通过有限元软件ABAQUS/Explicit实现了针刺炭/炭复合材料层合板的低速冲击过程的模拟。结果表明,炭布的损伤主要沿着纤维方向进行扩展,与实验研究结果较为吻合;层合板在多种动能冲击下没有发生分层,表明针刺作用增强了复合材料的层间性能。     

炭／炭U型加热器的制备与性能

研究了炭布与薄网胎交替叠层针刺制成准三向结构U型加热体预制体,经糠酮树脂浸渍／炭化致密工艺,并通过真空高温处理制备了炭／炭复合材料U型加热器。结果表明,其弯曲强度为122MPa,压缩强度182MPa,层间剪切强度为14．9MPa。其电阻值可达到0．10～0．21Ω。在多晶硅氢化炉中应用寿命达到6个月～9个月,凸显出高电阻值和长使用寿命的两大特色。     

纤维编织结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

在MM-1000摩擦磨损试验机上对炭纤维无纬布层(简称炭布层)和炭纤维网胎层(简称网胎层)针刺结构的炭/炭(C/C)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,并采用光学显微镜和扫描电镜(SEM)对C/C复合材料的摩擦表面和磨屑进行了观察和分析。结果表明:与网胎层C/C复合材料相比,炭布层C/C复合材料的摩擦磨损性能更好;当制动压力为0.6 MPa、制动速度为26 m/s时,网胎层C/C复合材料的平均摩擦系数为0.36、质量磨损率为12.8 mg/次、制动时间为15.2 s;而炭布层的平均摩擦系数为0.38,质量磨损率为10.5 mg/次,制动时间为14.9 s。     

针刺炭纤维预制体的发展与应用

对比了国内外针刺炭纤维预制体的发展与应用.法国Sneema公司采用针刺技术成型的预制体有Novoltex和Naxeco两种,应用于火箭发动机延伸锥、喉衬等.国产薄壁针刺C/C复合材料性能与法国针刺扩张段材料性能相当.国产针刺预制体有整体毡和炭布/网胎针刺预制体,炭布/网胎叠层针刺预制体由于x-y向引入了连续纤维,制品整体性能较好.针刺技术是炭纤维预制体的自动化成型技术,拓宽了C/C复合材料应用领域.     

铺层结构对经单向织物浸透性能的影响研究

采用真空灌注试验来研究两种不同铺层结构的玻璃纤维经单向织物的浸透性能,结果表明,以经编网格布为基布的经单向织物浸透时间要小于以方格布为基布的经单向织物,并且采用经编网格布的经单向布的织物厚度较厚,体积密度小,灌注浸透的均匀性及其成品胶含量要略好于使用方格布衬布的经单向布.     

三维针刺C/SiC复合材料的结构特征和力学性能

采用化学气相渗透法制备了在厚度方向上具有纤维增强的三维针刺碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料,复合材料的密度和气孔率分别为2.15 h/cm3和16%.三维针刺C/SiC复合材料中的针刺纤维将各层紧密结合在一起,其层间抗剪切强度显著提高,为95MPa,比二维碳布叠层C/SiC复合材料的剪切强度(35MPa)高171.4%.三维针刺C/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为159MPa和350MPa,断裂模式为非脆性断裂,包括:裂纹扩展、偏转,碳纤维的拉伸断裂和逐步拔出.     

消防服用多层织物的热防护性能

研究了消防服用多层织物的热防护性能,对单层织物的热防护性能及十种多层组合织物的热防护性能分别进行了研究分析,得出以下结论:就单层纤维成分相同的阻燃面料而言,热防护系数(TPP)值与织物的厚度、面密度具有显著的正相关性;多层组合织物中,外层及防水透湿层为覆聚四氟乙烯(PTFE)膜的阻燃帆布、隔热层为芳纶1313针刺毡、舒适层为芳纶-阻燃黏胶的8#样品的防护性能最好,就阻燃防护性能方面而言,是最适合用于消防员灭火消防服的面料。     

阳极功能层厚度对中温固体氧化物燃料电池电性能的影响

采用水系流延成型工艺,研究了阳极支撑型中温SOFC阳极功能层厚度对中温SOFC电性能的影响,运用电化学工作站对单电池的电性能进行了表征。结果表明,在相同的运行温度下,单电池的功率密度随着功能层厚度的增加而减小,而极化阻抗则相应增加;单电池的功率密度随着运行温度的提高而增大,对应的极化阻抗则减小。以H2＋3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行条件下,功能层厚度为25μm、30μm和35μm的单电池的功率密度分别为0.31 W/cm^2、0.10 W/cm^2和0.07 W/cm^2,相应的极化阻抗则分别为1.05Ωcm^2、2.41Ωcm^2和3.08Ωcm^2;阳极功能层厚度为25μm的单电池的测试温度在700℃、750℃和800℃,其功率密度分别为0.22 W/cm^2、0.31 W/cm^2和0.45 W/cm^2,对应极化阻抗分别为1.90Ωcm^2、1.05Ωcm^2和0.67Ω/cm^2。     

化学气相渗透法制备三维针刺C/SiC复合材料的烧蚀性能

用化学气相渗透法制备了三维针刺碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,复合材料的平均密度为2.15 g/cm3,气孔率为16.0%.用氧乙炔焰研究了复合材料的烧蚀性能,用扫描电镜分析了烧蚀表面的形貌,用表面能谱分析了烧蚀产物的成分.复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.03mm/s和0.004 7 g/s.在烧蚀中心区,烧蚀最严重,表层只有C纤维骨架,且C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以升华和冲刷为主.在烧蚀过渡区,垂直于烧蚀面的C纤维表现出端部锐化、根部细化的特性,平行于烧蚀面的C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以氧化和机械剥蚀为主.烧蚀边缘烧蚀不明显,烧蚀产物和SiC基体熔融后覆盖在烧蚀表面,阻碍了复合材料的进一步烧蚀,复合材料的烧蚀以氧化为主.     

Effect of needle-punching density on the permeability of materials

The needle punching density influence on material permeability in air filtration has been investigated. It has been found that the maximum permeability is gained under definite density of needle punching. The density of needle punching material is proposed to be estimated by the pore size and the pore tortuosity. The density influence of needle punching on characteristic variation has been demonstrated. Translated from Khimicheskie Volokna, No. 1, pp. 35-37, January-February, 2009.     

铜对碳纤维/酚醛树脂受电弓滑板材料的性能影响

采用热压烧结法制备了碳纤维织物/酚醛树脂(PE)受电弓滑板复合材料,研究了Cu对碳纤维织物/PE受电弓滑板复合材料的电阻率、密度和力学性能的影响。采用万能材料试验机、电阻测试仪测试了复合材料的力学性能和电学性能,用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)分析测试手段对材料的组成结构及断口微观形貌等进行了测试和表征。结果表明,铜粉经高温烧结后呈连续三维网状结构,这种结构与碳纤维织物协调作用,阻止裂纹扩展,提高了复合材料的力学性能;当铜含量为40%时,复合滑板材料的综合性能最优:电阻率降至22.1μΩ.m;弯曲强度和压缩强度分别提高至61.8MPa和29.6MPa;冲击韧性达到12.7 J/cm3。     

Ultra-low density carbon foams produced by pulsed laser deposition

We report on the manufacturing of ultra-low density carbon foam produced by pulsed laser deposition. Mean mass density, morphology and structure were investigated within a broad range of process parameters. We have been able to obtain carbon foam layers having tunable mean density and thickness in the range 1–1000 mg/cm³ and 5–80 μm, respectively. Surface uniformity has been achieved over ∼1 μm² areas with mean pore size around 10 nm. The morphological/structural properties have been investigated by means of quartz crystal microbalance, scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. Based on these results, this work shows how pulsed laser deposition can be exploited as a versatile tool for the deposition of carbon foams with tunable and tailored density, thickness and uniformity.     

温度对化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层表面质量与性能的影响

使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和电化学工作站,研究了温度对化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层的表面质量、成分和耐蚀性的影响,并表征了化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层的相结构。结果表明:温度升高(65～85℃)使化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层的表面质量有所改善,PTFE的掺杂量增大,这对提高化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层的性能是有利的。85℃时制备的化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层为非晶态结构,其自腐蚀电位为-0.232 V,自腐蚀电流密度为1.32×10^-6 A/cm²,极化电阻达到最大值29.1 kΩ·cm²,腐蚀速率达到最小值0.015 mm/a,此时的化学镀Ni-Co-P/PTFE复合镀层具有优良的耐蚀性。     

镀铜碳纤维布的制备及性能研究

为制备新型毫米波无源干扰材料,采用化学镀方法在碳纤维布表面沉积了金属铜层。测量了优化工艺条件下制得的镀铜碳纤维布的表面电阻,并采用冷热循环法检测了镀层的结合强度,应用雷达散射截面(RCS)测试系统测试了同样尺寸的镀铜碳纤维布及未改性碳纤维布的3mm波段RCS值。结果表明:镀铜碳纤维布镀覆均匀,金属光泽强,有良好的镀层结合强度及较强的导电性能。镀铜碳纤维布在3mm波段的RCS值较未改性碳纤维布有很大提高,且与理论计算值接近。