黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

短碳纤维增强PPEK复合材料的性能研究

采用熔融共混的方式制备了不同短碳纤维含量增强含二氮杂萘酮聚芳醚酮(PPEK)基复合材料，对复合材料的加工性能、力学性能、摩擦性能、耐热性进行了研究。结果表明：短碳纤维增强复合材料均可以注塑成型；短碳纤维对PPEK的增强作用明显，拉伸强度和弯曲强度均有大幅提高；复合材料中短碳纤维起到了明显的自润滑作用，复合材料的摩擦系数和磨损率均随碳纤维含量的增加而明显降低；短碳纤维的加入进一步提高了复合材料的耐热性。     

碳纤维表面CVD硅涂层对其性能的影响

 分析了碳纤维表面化学气相沉积Ｓｉ涂层的相结构,研究了Ｓｉ涂层对碳纤维抗氧化性能及强度的影响。结果表明：涂层中Ｓｉ元素呈非晶态分布；Ｓｉ涂层可提高碳纤维的抗氧化性能；氧化温度不同,Ｓｉ涂层碳纤维的氧化失重或增重规律也不相同。同时,Ｓｉ涂层降低了碳纤维拉伸强度,而适度空气氧化又可使Ｓｉ涂层碳纤维强度得到大幅度提高；Ｓｉ涂层碳纤维的强度随氧化温度、氧化时间的变化而改变。     

2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究

研究了二维碳纤维增强碳化硅基复合材料(2 D-C/SiC)在空气介质中的高温压缩强度.材料采用1K T300碳纤维平纹布经叠层和缝合制成预制体为增强体,经等温化学气相浸渗制备而成.试样表面用化学气相沉积工艺沉积SiC涂层.测试方向为垂直于炭布叠层方向,测试温度为室温,700℃,1100℃和1300℃.使用扫描电子显微镜观察了材料的断口.结果表明:室温～700℃,2D-C/SiC的压缩强度随温度升高逐渐增大,温度高于700℃后,材料的压缩强度缓慢降低.导致2D-C/SiC的压缩强度随温度变化的主要原因为纤维和基体热膨胀系数不同引起的残余应力随温度升高逐渐变小和高温下材料的氧化损伤.     

国产CCF700-12K碳纤维及其复合材料的性能研究

文摘以某重要型号产品高强碳纤维材料国产化为研究背景,开展了CCF700-12K碳纤维及其复合材料力学性能、耐空间环境性能以及热性能研究。结果表明,国产CCF700-12K碳纤维拉伸强度为4 706 MPa,拉伸模量为268 GPa;CCF700-12K/F46复合材料单向板拉伸强度为1 958.8 MPa,拉伸模量为144.79 GPa;CCF700-12K碳纤维的力学性能优异,工艺性能稳定,能够满足复合材料结构工程应用要求。     

聚丙烯腈基碳纤维在航天领域应用及发展

综述了国内外聚丙烯腈基碳纤维的研究发展历程和现状,重点介绍了聚丙烯腈基碳纤维及其复合材料在导弹武器、运载火箭、卫星和航天飞机等航天领域的应用发展情况,并对国产聚丙烯腈基碳纤维的发展提出了一些建议。     

国产聚丙烯腈基碳纤维发展现状与建议

聚丙烯腈基碳纤维及其复合材料是航空应用选材的理想材料,用量和应用部位是衡量飞机结构先进性的重要标志之一。综述了国产聚丙烯腈基碳纤维发展现状,指出了国产聚丙烯腈基碳纤维在产业布局、质量稳定性、配套装备、产业链等8个方面存在的主要问题;然后,分析与探讨了航空评价与应用的3个关键问题;最后给出了国产聚丙烯腈基碳纤维的发展建议,以期牵引和推动国产聚丙烯腈基碳纤维的健康可持续发展。     

TiC涂层碳纤维的熔盐反应制备及其氧化性能

采用熔盐反应法在碳纤维表面合成了TiC涂层,研究了涂层制备工艺对涂层厚度、形貌以及碳纤维抗氧化性能的影响.结果表明,碳纤维表面涂覆TiC涂层可以改善其抗氧化性能,使碳纤维的起始氧化失重温度从450℃上升至700℃左右.在850℃下保温1～5 h合成的TiC涂层与碳纤维基体结合较好,碳纤维抗氧化性能随保温时间的增加而增加;在950℃下保温0.5～5 h合成的TiC涂层碳纤维其抗氧化性能随保温时间的增加先增加后下降.     

短碳纤维增韧石英复合材料性能研究

以短碳纤维为初始原料，采用溶胶一凝胶技术引入SiO2组分，在一定的热压烧结制度下得到致密Cf／SiO2复合材料；研究了其烧结条件、力学性能、线膨胀及烧蚀性能。实验表明，基体保持非晶态，可达到99％的致密度；随碳纤维含量的增加，弯曲强度(σf)无显著变化，断裂韧性(KIC)先升后降；线膨胀系数随碳纤维含量增加而增加，该材料具有良好的抗热震及耐烧蚀性能。     

刚性隔热材料的力学性能

采用纤维烧结法制备了刚性隔热材料,研究了材料密度、纤维取向、测试温度、与气凝胶复合等因素对材料力学强度的影响规律.结果表明:隔热材料力学强度随着密度的提高而增加;隔热材料平面方向拉伸和压缩强度均达到厚度方向的4倍以上;800和1 000℃下,材料的压缩强度保持率分别达到90%和50%;与气凝胶复合后隔热材料在拉伸强度维持不变的情况下,压缩强度增加35%以上.     

不同氧化剂处理的碳纤维对硅橡胶包覆层材料性能的影响研究

研究了不同氧化剂处理的碳纤维对硅橡胶包覆层材料拉伸强度和粘接剪切强度的影响。结果表明：采用５％ＫＭｎＯ４＋１０％Ｈ２ＳＯ４溶液处理碳纤维的效果最佳。     

单向复合材料在低温下的应力集中及强度

首先采用计及基体拉力的修正剪滞模型,研究了在低温情形下受纵向拉伸荷载作用的单向纤维增强复合材料由部分纤维及基体断裂所导致的应力重新分布。然后采用随机临界核理论,对单向纤维增强复合材料在低温情形下的拉伸破坏过程进行了细观统计分析,定量地研究了低温对拉伸强度的影响。计算结果表明,在低温环境下,E-玻璃纤维和碳纤维复合材料的应力集中因子有不同程度的改变,其强度极限均比常温情形下高。     

碳纤维用PAN原丝超声波水洗新技术

为降低PAN原丝中的DMSO(二甲基亚砜)残留量,减少其对原丝的拉伸、预氧化处理等过程的不利影响而造成的碳纤维的结构缺陷、强度降低,将超声波水洗技术应用到PAN原丝水洗工艺中.结果证明,新方法明显提高了水洗效果,能够快速有效地降低原丝中DMSO残留量.     

碳化过程中改性聚丙烯腈预氧化纤维的高温热应力应变研究

采用对比方法研究了高锰酸钾改性与未改性聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维在碳化过程中的高温热应力应变行为。表征了过程纤维的基本物化性质,并用SEM,WAXD,EA等对其结构进行了研究。研究结果表明,改性纤维的热应力应变变化可分为370,500,900℃前后4个区域。与未改性纤维相比,改性纤维的应力在370℃以下增长较快;370~500℃快速下降;500~900℃则迅速增高,同时比未改性PAN纤维应力增加20%以上;900℃以上应力基本保持稳定。大负荷下改性纤维易伸长,小负荷下易收缩,与未改性纤维的差别随负荷减少而减小,500℃以上,两种纤维应变速率变化趋势相近。热应力和热应变是纤维在碳化过程中聚集态结构、化学组成、热化学反应能力的综合体现。与热应变相比,热应力的变化趋势更显著,因而可采用控制碳化过程中纤维热应力的变化控制连续制备中纤维结构的变化。经KMnO4改性PAN纤维制取碳纤维的抗张强度比未改性纤维增加了约20%。     

PMR型增韧聚酰亚胺的制备与性能研究

制备了系列PMR型聚酰亚胺基体树脂以及碳纤维增强复合材料(HFPI),系统研究了PMR型聚酰亚胺HFPI基体树脂及复合材料性能.制备的PMR型聚酰亚胺HFPI基体树脂溶液具有良好的储存稳定性,室温下可以存放4个月,不产生沉淀;PMR型聚酰亚胺HFPI基体树脂具有良好的成型性以及优异的热稳定性,热分解温度高达540℃、玻璃化转变温度达到290℃(DMA)、热膨胀系数在40～50ppm/℃之间、较低吸水率(1.0%～1.7%)、优异力学性能;用短切碳纤维增强HFPI,基体树脂与碳纤维具有良好黏附性,制备的复合材料除了具有良好加工成型性能外,更具有优异力学性能,拉伸强度高达107.3MPa,断裂伸长率为5.73%,弯曲强度和弯曲模量分别高达159.8MPa,6.11GPa.     

电化学处理对PAN 基碳纤维表面特征的影响

将PAN基碳纤维(东邦IM600-6K)在不同温度的酸性及盐类电解质溶液中进行电化学处理。碳纤维的表面性能采用SEM、XPS、亚甲基蓝(MB+)吸附、Raman光谱进行表征。结果发现碳纤维在电化学氧化处理后表面官能团增多而且沟槽加深。电解质及电解液温度对碳纤维表面特定官能团的生成量有影响,羟基和羧基的生成数量最多相差61.38%、98.59%;在酸性电解质溶液中处理的碳纤维表面含氧官能团较多,表面较粗糙。升高电解液温度有助于活性氧对碳纤维表面的氧化刻蚀。处理后的碳纤维表面微晶尺寸最多减少9.75%。     

BN/SiBCN light-leakage-proof coatings of silica optical fiber for long term sensors at high temperatures

SiBCN and BN/SiBCN light-leakage-proof coatings were prepared on silica optical fibers for sensing applications at high temperatures. Scanning electron microscopy was used to characterize the surface morphology and microstructure of the coated fiber. Mechanical and optical properties of the coated fiber were characterized by Raman, optical and tensile tests. Compared with the original fiber, the tensile strength of SiBCN and BN/SiBCN coated fiber show an increase of about 60% and 90% at room temperature, respectively. In addition, the tensile strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber was increased by about 42% at 700 °C. It has been found that the improvement of the strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber is related to the healing of defects and residual compressive stress in fibers. From the light transmittance performance of the coated fiber, it was found that BN/SiBCN double coating could be an ideal total reflection solution to protect silica optical fiber from light leakage during high temperature sensing operation.     

热处理方式对石墨纤维性能的影响

研究了分步热处理对石墨纤维力学性能及微观结构的影响,并采用Raman光谱分析了石墨纤维的皮芯结构程度。结果发现:在相同处理条件下,分步热处理有利于石墨纤维拉伸强度和体密度的提高,而其对弹性模量的影响则较小。分步热处理所得石墨纤维的表面石墨化程度较低,内部石墨化程度较高,其皮芯结构因子较大,说明其均质性更好一些。因此,分步热处理有利于提高石墨纤维的致密性和均质性,从而提高其拉伸强度。