碳纤维复合材料新动向

简述近期碳纤维面临的新形势,指出今后推动碳纤维（CF）及其碳纤维复合材料（CFRP）的主要市场,将来自飞机、风电叶片、汽车、高压气瓶等领域,而工业罗拉所需碳纤维以沥青碳纤维为主。据预测,到20104全球CFRP的总产值将达到136亿美元,而到2025年可望超过250亿美元。     

碳纤维及其复合材料在国外军民领域的应用

介绍了碳纤维（CF：carbon fiber）及碳纤维增强复合材料（CFRP：carbon fiber minfomed plastics）在国外发达国家军事领域和民用领域的应用。     

碳纤维表面处理对层间剪切断裂形貌的影响

用气相氧化法对碳纤维进行表面处理，可使碳纤维复合材料（CFRP）的层间剪切强度（ILSS）提高40％－76％，这归因于纤维表面增加了化学官能团和比表面积，同时，由于碳纤维（CF）与基体之间粘接得到改善，使单向（UD）－CFRP的剪切断裂形貌变为拉剪，这可用扫描电子显微镜（SEM）观察剪断形貌得到证实。     

Ⅳ型高压储氢气瓶用碳纤维复合材料界面表征与分析

Ⅳ型高压储氢气瓶的结构载荷主要由外层碳纤维复合材料(CFRP)承载。良好的碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)界面性能有助于载荷传递，使CF强度发挥至最大化，提高压力容器的安全性能，另外可以减少CFRP用量，降低成本，从而打破高昂价格带来的应用局限。通过扫描电镜、原子力显微镜、X射线电子能谱仪、动态接触角、微脱黏测试仪及万能试验机对CFRP界面进行了系统的表征与分析。通过分析CF的表面形态、化学成分、润湿性、表面能及界面结合力，揭示了CFRP力学性能与界面性能的相关性。研究表明，CF表面利于形成机械互锁的表面粗糙度、利于化学键结合的含氧活性官能团、利于润湿的极性组分表面能等因素可以增强其与EP的界面结合，最大程度发挥CF的力学性能，使高压容器承载复合材料具有稳定的力学性能。     

CF表面改性对CF/LDPE复合材料电磁屏蔽性的影响

将碳纤维（CF）用马弗炉煅烧后,用硝酸对其进行酸化氧化,再用硅烷偶联剂KH550对其进行偶联处理,然后用熔融混合法将偶联后的CF与LDPE复合,制备出CF／LDPE复合材料。研究了CF的表面改性对CF／LDPE复合材料电磁屏蔽性能的影响。用SEM和FTIR分析了复合材料的内部微观结构,用四电极法测量了复合材料的体积电阻率（ρv）,用法兰同轴法测定了复合材料的电磁屏蔽效能（SE）。研究发现三种CF／LDPE复合材料的ρv随CF质量分数（p）的增加出现“渗滤现象”,在相同CF质量分数时,经表面处理的复合材料的渗滤阈值最低;当CF质量分数为10％时,SE值最高,能达到45dB。     

聚偏氟乙烯/鳞片石墨/碳纤维高导热复合材料的制备

以聚偏氟乙烯（PVDF）树脂为基体,天然鳞片石墨（FG）、碳纤维（CF）为填料,采用熔融共混法制备了PVDF/FG/CF复合导热材料,并研究了FG、CF含量及其改性对复合材料导热性能和力学性能的影响。结果表明,复合材料的热导率随FG含量的增加而增大,力学性能随着FG含量的增加而降低;CF的加入提高了复合材料的力学性能,但热导率略有降低;对CF进行表面氧化处理将使得复合材料的热导率以及力学性能有所提高,当CF含量为5 %、FG含量为50 %时,复合材料的热导率为11.4 W/(m·K),拉伸强度为48 MPa,断裂伸长率为11 %。     

碳纤维增强PPO/PA6共混物的研究

通过熔融挤出制备聚苯醚接枝马来酸酐（PPO-g-MAH）作为聚苯醚/尼龙6（PPO/PA6）共混物的相容剂,再与苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、碳纤维（CF）共混制备PPO/PA6/PPO-g-MAH/SEBS/CF复合材料。CF经侧喂料口加入,通过改变螺杆转速来制备不同CF含量的复合材料。通过动态热机械分析（DMA）、毛细管流变和力学性能测试等方法研究了CF含量变化对复合材料热机械性能、流变行为、力学性能等的影响。再与相同条件下制备的玻璃纤维（GF）复合材料进行比较,通过扫描电子显微镜观察（SEM）和力学性能测试,表明CF能够更好的被基体树脂包覆,制得的复合材料性能更优。     

电力工程中的碳纤维增强树脂基复合材料应用研究

为更好地促进碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的深入应用,在阐述CFRP材料基本概念及其性能特点的基础上,从电力工程土建结构加固、碳纤维加热电缆以及碳纤维复合芯导线等方面出发,总结介绍了CFRP材料在电力工程中的应用现状。基于CFRP复合材料在目前应用中存在的价格偏高、难以实现产业化应用等问题,从复合材料组分控制、耐冲击性优化、界面性能研究以及恶劣环境下的长期性能等角度,指出了CFRP材料未来的发展方向。该文总结的碳纤维增强树脂基复合材料的应用现状与发展建议,有助于推动其在电力工程中的进一步深入研究。     

碳纤维增强氯丁橡胶复合材料的制备及性能

用碳纤维（CF）作增强相、氯丁橡胶（CR）作基相及硅烷偶联剂作相容剂,制备了CF/CR复合材料,考察了CF用量、硅烷偶联剂的种类及用量、硫化条件对复合材料热老化前后性能的影响,并用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪对其结构进行了表征。结果表明,制备CF/CR复合材料的最佳配方为:CR 100份,CF 12份,KH 550 2.5份;最佳硫化条件为:温度175℃,压力10 MPa,时间30 min。SEM和FTIR分析表明,KH 550处理的CF比未处理及用Si 69处理的CF与CR的相容性更好。     

低温环境下PEEK/CF复合材料结构和性能研究进展

分析了碳纤维(CF)增强聚合物(CFRP)复合材料特别是CF增强聚醚醚酮(PEEK/CF)复合材料在新一代可重复使用航天运载器(RSLVs)低温燃料贮箱上应用的优势,并根据RSLVs低温燃料贮箱对材料的要求,介绍了低温环境及低温-室温热循环处理对PEEK/CF复合材料内部结构、气体渗透性能和力学性能影响的研究进展.在此...     

近期日本碳纤维复合材料研发进展

自1970～2011年日本PAN基碳纤维（PAN-CF）及其复合材料（CFRP）已经历导入期、成长期、扩大期、正式扩大期,而自2012～2020年将进入飞跃式扩大期,体现在产业用途飞跃发展,汽车用途正式扩大。日本CFRP成型技术已趋完善。东丽、帝人、三菱丽阳等8家公司与研究所近期的CFRP研发成果作了介绍,有些新成型工艺技术和产品具世界领先和先进水平。最后分别介绍了吴羽化学和三菱树脂公司的通用级沥青基碳纤维和中间相沥青基碳纤维及其复合材料的发展形势。     

热处理对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂转移模塑（VARTM）技术制备了环氧树脂/碳纤维（EP/CF）和环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维毡（EP/CF/GF）复合材料。测试了两种纤维铺层方式中树脂流动距离的平方与流动时间的关系,对两种铺层纤维体系的渗透率进行了研究对比;将两种复合材料进行高温处理,并且对其高温处理前后的力学性能进行分析;利用扫描电子显微镜（SEM）观察了复合材料的拉伸断口形貌。结果表明,EP/CF/GF中GF毡的松散结构使树脂更易流动;高温热处理造成了EP/CF弹性模量和拉伸应变的降低,其中弹性模量降低了9.97 %、拉伸应变降低了11.36 %,但对EP/CF/GF的影响较小;GF毡的加入造成了2种复合材料弯曲性能的下降;未经处理的复合材料断口表面光滑,而热处理后的复合材料断口表面粗糙且有大量基体附着。     

华东理工大学与波音合作开发太阳能回收碳纤维技术

波音公司与华东理工大学材料科学与工程学院近日正式签署合作协议,开启了双方从碳纤维复合材料（CFRP）中回收碳纤维的实质性合作关系。本次合作旨在探索一条利用太阳能技术进行热固性CFRP中回收碳纤维的新路线,希望开发出一条低（无）能耗、大尺寸CFRP和高效的回收方法。     

PEEK/CF复合材料中PEEK结晶行为研究进展

对聚醚醚酮（PEEK）/碳纤维（CF）复合材料界面结晶研究现状进行综述,分析PEEK在复合过程中的结晶形态演变,总结影响PEEK在CF表面形成横晶结构的关键因素。PEEK横晶结构的生成与CF和PEEK的微观结构匹配性、导热性能匹配性,以及复合材料的热处理条件密切相关。诱导PEEK在CF表面形成横晶结构有助于提高二者的界面结合强度,进而提升复合材料的拉伸强度和杨氏模量。     

无机成核剂改性聚酰胺6/碳纤维复合材料的结构与性能

以钛酸钾晶须（PTW）、高岭土（Kaolin）和滑石粉（Talc）为成核剂,制备了无机成核剂改性聚酰胺6/碳纤维（PA6/CF/NA）三元复合材料。通过分析复合材料的力学性能、动态热力学性能、微观形貌、结晶行为、晶体结构、热性能等对其结构和性能进行了系统的研究。结果表明,加入Talc可以大幅提高PA6/CF复合材料的冲击性能,添加2%（质量分数,下同）的Talc时,复合材料的冲击强度提高了44.5%;Talc在挤出过程中能够充分解离成片层并均匀地分散在PA6基体中,PA6/CF/Talc复合材料中存在大量纤维拔出后形成的孔洞,片层与基体黏结较好;与PTW和Kaolin相比,Talc突出的异相成核作用可以显著提高PA6/CF复合材料的结晶温度,并促进PA6形成更为完善的晶体结构。     

浅议碳纤维筋基本性能及研究现状

本文对碳纤维复合材料（CFRP）筋的物理力学性能、设计要点进行了分析,并介绍了CFRP筋在混凝土工程中应用情况及今后的发展趋势。     

酚酞型聚芳醚酮改性PPS/CF复合材料的制备与性能研究

采用不同浓度的酚酞型聚芳醚酮（PEK-C）溶液对碳纤维（CF）进行表面处理,并制备了碳纤维增强聚苯硫醚（PPS/CF）复合材料。结果表明：与去浆后CF(CF-A)相比,浓度0.50%的PEK-C溶液处理的CF表面O/C比提升约49.2%,且C—O键和C=O键占比明显提升。说明PEK-C溶液处理可以有效增加CF表面含氧官能团的数量,且在该条件下复合材料的界面性能和弯曲性能大幅提升,相较于未经PEK-C改性的PPS/CF复合材料,0.50%的PEK-C溶液改性后的PPS/CF复合材料层间剪切强度由23.81 MPa提高至38.45 MPa,弯曲强度由709 MPa提高至839 MPa。     

电化学氧化处理对碳纤维及EP复合材料性能的影响

利用电化学氧化法对碳纤维（CF）进行表面改性处理,并将改性CF用于改性环氧树脂（EP）,研究了CF处理前后纤维复丝拉伸强度和EP／CF复合材料的力学性能。结果表明,氧化处理改善了CF与基体的粘结性;经电化学氧化处理后CF的表面羟基含量提高39．96％,羧基／酯基含量提高141．06％,活性碳原子数增加34．28％;随着氧化电流密度的增加,CF复丝的拉伸强度和复合材料的层间剪切强度均呈现先增大后减小的变化趋势,当电流密度为0．2A／m^2时,复合材料的层间剪切强度提高31．70％。     

CF布包裹工艺对CFRP弹簧刚度的影响

采用拉挤和模压成型工艺制备了碳纤维(CF)增强塑料(CFRP)弹簧,采用CF布包裹工艺对弹簧进行了强化。使用微机控制电液伺服万能试验机对弹簧进行了静态压缩实验,使用扫描电子显微镜(SEM)对实验弹簧裂纹处微观形貌进行了观察分析,运用理论模型对实验结果进行了验证。研究表明,CF布是很好的补强材料,可以在不明显增大CFRP弹簧尺寸、质量的情况下,通过包裹强化工艺有效地提高弹簧的刚度。CF布包裹角度对CFRP弹簧刚度的影响很大,其中90°CF布包裹工艺最优,CFRP弹簧刚度达到11.78×103 N/m,较未包裹强化CFRP弹簧刚度提升了164.7%。通过理论模型计算发现,实际实验结果偏低,表明减小拉挤过程中CF布包裹角度的偏移量,是CF布能充分发挥强化作用的关键因素。     

碳纤维和纳米氮化硼增强聚醚醚酮/聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

以碳纤维（CF）为增强相，添加不同含量的纳米氮化硼（h-BN），通过注塑成型的方式，制备了聚醚醚酮/聚四氟乙烯（PEEK/PTFE）复合材料样条，使用力学试验机进行拉伸试验，利用摩擦试验机进行表面摩擦试验，并利用白光仪对磨痕数据和三维形貌进行观测，使用SEM对磨痕进行观测与分析。结果表明：随着h-BN含量的增加，PEEK/PTFE复合材料样条最大应力先增加后减小；当h-BN含量分别为3%、6%时，PEEK/PTFE复合材料样条的最大应力分别为174 MPa、165 MPa。与PEEK/PTFE相比，单独添加CF的样品摩擦系数降至0.23。同时添加CF、h-BN时，复合材料样条的摩擦系数均降低；h-BN含量分别为3%、6%时，复合材料样条的摩擦系数分别为0.06、0.09。随着h-BN含量的升高，PEEK/PTFE/CF/h-BN复合材料的磨损率先降低后升高。h-BN含量为3%时，复合材料样条的磨损率最低。