国产粘胶基碳纤维强度的两种统计分布

测定了粗细不同的两种粘胶原丝及其碳纤维的单丝强度,并用Ｇａｕｓｓ和Ｗｅｉｂｕｌｌ两种方法对比其分布进行了对比分析研究。     

在碳化硅基复合材料中碳纤维的就位强度

在对用断裂镜面法(fracture mirror method)评估纤维就位强度(in-situ strength)的方法进行了评述之后,对此方法进行了修正,即采用纤维束试验确定镜面常数, 将标距长度定义为两倍纤维拔出长度与两倍失效长度之和,采用分级平均统计分析方法确定纤维就位强度的Weibull参数和平均强度。采用修正的断裂镜面法,对聚合物先驱体转化法制备的M40JB纤维增强的碳化硅基复合材料中M40JB纤维的就位强度进行了分析,得到了M40JB纤维的Weibull参数和平均强度,并与未修正的断裂镜面法得到的结果进行了比较。      

碳纤维复合材料强度的复合Weibull分布模型

本文用图分析法按三参数复合Weibull分布模型对碳纤维复合材料层板静态拉伸强度和疲劳剩余强度进行了统计分析,并结合失效机理对分布模型进行了讨论。结果表明,这一分布模型能够更全面地描述复合材料层板静态强度和疲劳剩余强度的统计特性。     

影响碳纤维增强复合材料摩擦系数的因素

本研究对碳纤维的体积比、分布方向及温度对增强热固性环氧树脂磨擦系数的影响作了试验及分析讨论，结果表明，碳纤维加入后可显著降低复合材料的磨擦系数，随碳纤维加入方式不同，碳纤维对磨擦系数的影响作用也不同。     

三种不同碳纤维的纳米压痕行为

采用Raman光谱对三种不同碳纤维(K223HE、HTA40和T700SC)的微晶尺寸进行了表征,利用纳米压痕技术对三种碳纤维的横向弹性模量和硬度进行了测试,结合Weibull分布函数对碳纤维的横向弹性模量和硬度进行统计分析。结果表明,中间相沥青基碳纤维K223HE的微晶长度最大,为39.43nm±2.63nm,PAN基碳纤维HTA40和T700SC的微晶尺寸基本相同,分别为4.63nm±0.09nm和4.89nm±0.06nm。在纳米压痕载荷-深度曲线上,碳纤维K223HE的残余变形大(75.34nm±17.07nm),压入功恢复率低(65.89%)。碳纤维HTA40、K223HE和T700SC的特征横向弹性模量为19.52GPa、11.99GPa和17.92GPa。三种碳纤维的横向弹性模量的Weibull分布模数分别为25.26、6.85和8.07,说明HTA40碳纤维的性能均匀性最好。碳纤维的纳米压痕行为的差异主要是由碳纤维中微晶的完整性、择优取向性的差异引起的。     

碳纤维不同分布的碳纤维-铜复合材料的电导率

将碳纤维按不同方式分布与铜粉混合热压, 制取复合材料, 测定了碳纤维含量与分布方式对复合材料电导率的影响。给出了测定结果, 为复合材料的结构设计提供了一定的依据。      

降低炭纤维强度离散度的强磁场处理法

采用8T、12T、16T的磁场分别对经过280℃处理的预氧化炭纤维进行处理,对制得的炭纤维采用小角X射线散射(SAXS)、氮气等温吸脱附、单丝拉伸、扫描电子显微镜(SEM)进行测试。结果表明磁场处理使炭纤维内部大孔洞的百分比含量分别降低了21%、14%、11%,外部孔洞的数量分别降低了9.80%、13.47%、15.10%。采用Weibull统计方法测得炭纤维的平均强度分别提高了3.4%、5.7%、8.4%,强度离散度系数分别降低为0.326、0.308、0.306,炭纤维单丝强度趋于均匀化。     

三维编织碳纤维复合材料电阻率的估算

从影响材料电阻率的主要因素——碳纤维体积分数入手,主要分析了材料的电阻率这一电气特性,根据材料表面测量的数据,估算出材料内部碳纤维的体积分数。再根据多个试件测量的数据,拟合出材料的碳纤维体积分数和电阻率的关系曲线。根据估算出的碳纤维体积分数,估算出材料的电阻率。利用三维编织碳纤维复合材料的编织角和花节长度,估算出材料的电阻率。根据材料的电阻率这一电气特性,便于以后对材料进行涡流无损检测分析。      

碳纤维纸张电热及温敏性效应研究

碳纤维纸张可作为优良的面状发热材料,若将其作为采暖地板中的电热元件,可实现地板、采暖一体化,具有广阔的市场前景,为避免碳纤维纸张在使用过程中出现安全隐患,需对碳纤维在碳纤维纸张中的电热和负温度系数(NTC)效应的作用机制进行研究。为了探究碳纤维纸张在通电加热条件下电热及电阻随温度变化的规律,采用红外热成像仪、体式显微镜等仪器分析了碳纤维单丝、搭接单丝、平行单丝及碳纤维纸张4种发热单元的电热和温敏效应,结果表明:碳纤维单丝、搭接单丝及碳纤维纸张表面温度变化趋势均随着输入功率的增加呈现线性增加,在单丝平行方向和垂直方向温度均呈GaussAmp方程曲线分布,碳纤维单丝相互距离等于或者小于0.8 cm,即可将两单丝间温度不均匀度控制在1 ℃以内;通电加热初期,发热单元电阻随温升的增加而急剧下降,当碳纤维单丝加载80 mW功率(即单丝温度接近35 ℃),纸张加载2 000 mW功率(即纸张表面温度接近97 ℃)时,电阻值变化趋势趋于稳定,表明碳纤维单丝及碳纤维纸张均具有明显的NTC效应,并且发热单元中搭接单丝的NTC效应和电热效应在碳纤维纸张中起着主导作用,这对于创制适宜的采暖地板发热元件具有积极的指导意义。     

PAN基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响

碳纤维由微晶和非晶碳所构成。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究聚丙烯腈(PAN)基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响机理。结晶度、石墨化程度、微晶无序化程度、微晶尺寸都对拉伸强度有显著影响。结晶度、石墨化程度越大,微晶无序化程度越小拉伸强度越大。微晶尺寸越大拉伸强度越小。比较T300和T700,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量大于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得T700的拉伸强度大于T300的拉伸强度,同理可知T800的拉伸强度大于T700的拉伸强度。比较M35J和M40J,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量小于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得M40J的拉伸强度小于M35J的拉伸强度,同理可知M46J的拉伸强度小于M40J的拉伸强度。M35J,M40J和M46J内的较大的微晶对拉伸强度的影响起决定性作用。     

涂碳前后SiC纤维的强度测试和评价

测定了室温下涂碳前后化学气相沉积法(CVD)制备的国产SiC纤维的抗拉强度,发现威布尔分布可以较好地描述SiC纤维的抗拉强度的统计分布.分析得出以下结论,涂碳后与涂碳前的纤维抗拉强度的Weibull模数,及其平均抗拉强度相比,前者明显高于后者.涂碳后SiC纤维的表面缺陷大大减小.随着标距和应变速率的增加,纤维的平均强度逐渐下降,而Weibull模数基本不变.并对断口进行分析,结果表明SiC纤维呈明显的脆性断裂.     

Statistical Tensile Strength for High Strain Rate of Aramid and UHMWPE Fibers

Technora,madefromaramidfibersandsome whatsimilartothecommonlyknowKevlar,and Ultrahighlyorientedhighmolecularweightpolyeth ylene UHMWPEfibersarealloftenusedinflexible armourapplicationsandhencesubjectedtohighrates ofloading.Theutilizationoftheirreinforcedcom positesarmourincertainballisticapplicationsisin creasinglypreferredoverconventionalrigidmetalar moursystemsbecauseofitssuperiorstrength to weightratioandflexibility.Todate,thedesignand developmentofsuchfabricarmoursystemshave largelybeen…     

碳纤维单丝强伸实验的影响因素

碳纤维的脆性与高强使其强伸实验有别于柔性纺织纤维,为了得到更精确的试验结果,对试验中易于导致误差或错误的影响因素:纤维的倾斜、弯曲和紧绷等;粘结点的位置与粘结有效性;同轴夹持以及曲线校正等作了探讨.同时,为便于对碳纤维断裂端结构的原位对应分析,必须真实地保留纤维断面,相关试验及对断面保留影响的分析给出了较为理想的方法.     

A Note on Statistical Strength of Carbon Nanotubes

This note aims to relate the measured strength statistics of individual carbon nanotubes (CNTs) to the physics of brittle fracture and the weakest link model. By approximating an arbitrary flaw size distribution with a segmented power law, an effort is made to extend applicability of the Weibull distribution to arbitrary flaw populations, which explains why the Weibull distribution fits the experimental data of CNTs and many other brittle materials, and why in other cases it is not so clear. A generalized Weibull distribution is proposed to account for all non-asymptotic cases. The published CNT testing data are analyzed, and finally a major issue present in existing interpretation of CNT bundle testing data is clarified.     

Statistical Analysis of the Tensile Strength of Oriented Polyamide-6 Fibers

Technical Physics Letters - Statistical analysis of distribution of the tensile strength of commercial oriented polyamide-6 (PA-6) fibers has been performed in the framework of the Gaussian and...     

A Novel Multiscale Reinforcement by In-Situ Growing Carbon Nanotubes on Graphene Oxide Grafted Carbon Fibers and Its Reinforced Carbon/Carbon Composites with Improved Tensile Properties

In-situ growing carbon nanotubes(CNTs)directly on carbon?bers(CFs)always lead to a degraded tensile strength of CFs and then a poor?ber-dominated mechanical property of carbon/carbon composites(C/Cs).To solve this issue,here,a novel carbon?ber-based multiscale reinforcement is reported.To synthesize it,carbon?bers(CFs)have been?rst grafted by graphene oxide(GO),and then carbon nanotubes(CNTs)have been in-situ grown on GO-grafted CFs by catalytic chemical vapor deposition.Characterizations on this novel reinforcement show that GO grafting cannot only nondestructively improve the surface chemical activity of CFs but also protect CFs against the high-temperature corrosion of metal catalyst during CNT growth,which maintains their tensile properties.Tensile property tests for unidirectional C/Cs with different preforms show that this novel reinforcement can endow C/C with improved tensile properties,32% and 87%higher than that of pure C/C and C/C only doped with in-situ grown CNTs.This work would open up a possibility to fabricate multiscale C/Cs with excellent global performance.     

Continuous Nanoscale Carbon Fibers with Superior Mechanical Strength

Continuous nanoscale carbon fibers can be developed by stabilization and carbonization of highly aligned and extensively stretched electrospun polyacrylonitrile copolymer nanofiber precursor under optimal tension. These carbon fibers, with diameters of tens of nanometers, are expected to possess a superior mechanical strength that is unlikely to be achieved through conventional approaches. This is because i) the innovative precursor, with a fiber diameter approximately 100 times smaller than that of conventional counterparts, possesses an extremely high degree of macromolecular orientation and a significantly reduced amount of structural imperfections, and ii) the ultrasmall fiber diameter also effectively prevents the formation of structural inhomogeneity, particularly sheath/core structures during stabilization and carbonization.     

超高分子量聚丙烯腈在碳纤维原丝上的应用及拉伸行为研究进展

超高分子量聚丙烯腈(UHMWPAN)由于结晶度高、分子链结构规整、端基少,成纤后的缺陷也少,因此在制备高强度聚丙烯腈原丝以及高强度碳纤维方面有着重要的应用。文中介绍了用高相对分子质量(340万占3%,34万占97%的)的聚丙烯腈树脂进行溶液纺丝并制备碳纤维原丝以及碳纤维的工艺,并重点介绍了超高分子量聚丙烯腈凝胶膜的拉伸性能、超高分子量聚丙烯腈溶液的流变性能等。流变学研究表明,随着PAN相对分子质量的增大,纺丝液的黏度也会剧增,造成溶液的纺丝过程变得愈加困难。提高UHMWPAN纺丝液的温度,能有效减低溶液纺丝时的阻力。因此,开发UHMWPAN高温纺丝技术可能是未来高强度碳纤维原丝的发展方向。