透射电子显微镜研究聚丙烯腈纤维的微观结构和缺陷

聚丙烯腈(PAN)纤维是生产高性能碳纤维的重要原料。PAN纤维的质量对所得碳纤维的性能有很大的影响。纤维的性能不仅与它的分子结构(化学组分、分子量及其分布以及大分子的支化度等)有密切的关系,而且与纤维中各级超分子结构所形成的织态有密切关系。特别是纤维的织态结构和缺陷将直接影响其物理-机械性能,而PAN纤维纺制的工艺条件又将直接影响纤维中所形成的各级超分子结构。因此,研究PAN纤维织态结构与性能关系具有重要的理论和实际意义。在前一工作中,曾总结了我们用扫描电子显微镜(SEM)研究湿纺法所得到高倍拉伸的PAN纤维的织态结构和     

用作热防护材料的PAN基碳纤维织物

粘胶基碳纤维织物已广泛用作烧蚀和绝热复合材料。由于行情和利润不断下降,用连续粘胶纤维制得的碳纤维制品最终可能不易买到或限制供应。因此,围绕获得相应的PAN基碳布、测定其性能并制作布带缠绕酚醛树脂复合材料开展了研究。市场上买得到的PAN基碳布具有强度高和质量均匀等特性,但绝热性和化学纯度较差。特殊的PAN基碳布是在较低的(低于1350℃)热处理温度下获得的,并且应用于20°布带缠绕酚醛复合材料中。对这种复合材料的烧蚀、热物理、机械和化学性能的测定表明,所研制的复合材料可以代替粘胶基碳布/酚醛,但纤维与基体之间的粘结和纤维的纯度尚需进一步改善。     

共聚丙烯腈纤维热性能的研究

前言 自六十年代以来,聚丙烯腈纤维(PANF)就成为制备高强度高模量碳纤维的最重要的原料,制备PAN基碳纤维,首先要经过200-300℃的热处理,使PANF大分子氧化环化,变成耐热的梯形高聚物,这一步骤对制备高性能的碳纤维至关重要。在开发的初期,从纤维的高度取向和致密性良好的角度     

缺陷对碳纤维强度的影响

碳纤维属于脆性材料,用扫描电子显微镜(SEM)可以直接观察到它的表面和内部缺陷。这些缺陷不仅是控制强度的主要因素,而且也是强度分散性大的原因所在。实验表明,碳纤维的直径愈小,强度愈高:测试长度愈短,强度愈高;密度愈大,强度愈高。反之亦然。本文用国产碳纤维实验证明,用Weibull参数m值可以表征碳纤维的性能。具有高m值的碳纤维,脆性减小,柔性增加。     

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.     

催化法碳纤维的化学成分分析

催化法碳纤维是将聚丙烯腈均聚或共聚纤维经过路易士酸(例如四氯化锡)处理成耐焰纤维,再经过空气氧化后,进行碳化所得到的一种碳纤维材料。催化法碳纤维具有工艺周期短,碳纤维收率高,抗拉和抗折强度较高的特点。同时电子显微镜的观测也显示出它具有规整的微观结构。但是它也存在着含有催化剂残留的杂质和纤维相对含碳率低的缺点。为此必须将这种碳纤维的非碳元素及其存在状态作一详细的分析。     

基于XRD的径向分布函数法研究碳纤维制备过程中的结构演变

采用X射线和径向分布函数研究分析了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备过程中的结构演变。结果表明,PAN原丝中存在着与石墨类似的结构,该结构是石墨微晶结构形成的重要基础;PAN大分子链最近邻链间间距为0.688nm;碳化温度在500～1250℃范围内的碳化纤维中的第三近邻距离均大于石墨晶体的第三近邻距离,表明碳纤维中没有形成平面构型的六元环石墨烯层片;在整个碳纤维的制备过程中,纤维结构经历了长程有序-长程无序、短程有序-长程有序的演变。     

纤维织物增强三元乙丙橡胶绝热材料的制备及性能

为了改善传统短切纤维增强复合绝热材料横向性能较差、层间剪切强度较低、耐冲击性能不足的问题,制备了几种纤维织物增强三元乙丙橡胶(EPDM)复合绝热材料。研究了不同纤维表面改性方法对聚酰亚胺(PI)、芳纶(F-12)和碳纤维(CF)三种纤维织物与EPDM之间的界面粘接性能。将优选的纤维处理方法对三种纤维布进行表面改性处理,制备了纤维织物增强的EPDM复合材料。测试了其力学性能以及耐烧蚀性能。结果表明:三种绝热材料的拉伸强度均在30 MPa以上,耐烧蚀性能优异。在三种织物特定的编织结构条件下,PI/EPDM的线烧蚀率较小,碳层保留最为完整,综合性能最为优异,有望在高性能固体火箭发动机中获得应用。     

高性能纤维及其辅料 品质优良 种类齐全 信誉致上

北京市飞航通达 (特种 )纤维经营部成立于 2 0 0 0年 ,是根据复合材料生产企业实际情况建立的 ,以经营碳纤维、芳纶纤维及其辅助原料为主的企业单位 ,我部以经营为主 ,同时可以为广大客户提供有关碳纤维复合材料的信息和相关技术咨询 ,希望能与科研和产业界的朋友合作。主要产品如下 :1　碳纤维及高性能纤维系列(1)碳纤维原丝 (3Ｋ、6Ｋ、12Ｋ、2 4Ｋ)(2 )Ｋ— 4 9、Ｋ— 12 9系列芳纶纤维(3)建筑补强用单向布2　碳纤维制品(1)碳纤维ＣＴ床板、屏蔽板(2 )碳纤维拉挤、缠绕、压制、管、罐、板制品(3)碳纤维电热系列产品3　碳纤维专用辅料(1)…     

薄层化大丝束碳纤维复合材料性能研究

采用自制多辊系统薄层化装置对12K和50K大丝束碳纤维进行了薄层化试验,并研究了薄层化对大丝束碳纤维的渗透特性以及复合材料的内部结构和弯曲性能的影响。结果表明,对12K和50K大丝束碳纤维,利用自制的薄层化装置均可以得到较理想的薄层化效果;薄层化后由于纤维束厚度变薄,预成型体中纤维分布更均匀,预成型体的渗透率降低,渗透均匀性提高;薄层化后大丝束碳纤维增强的复合材料内部缺陷更少或更小,纤维-树脂分布均匀性提高;复合材料弯曲模量和弯曲强度均有提高,且性能分散性更小。     

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。     

国外碳纤維及其复合材料的生产和应用概况

用多丝束PAN纤维(32万孔)生产碳纤维起源于西欧。此方法大大降低了碳纤维生产成本,且性能没有很大差别。更适用于片状模压、短纤注射或湿缠绕增强等。1981年以来随着碳纤维成本下降和工艺水平的提高,应用于一般工业领域的碳纤维需要量骤增。本文还着重介绍了碳纤维在宇航和航空、交通、机械和仪器、电器、体育和娱乐用品、医学等方面的应用概况。     

纤维增强复合材料制孔刀具技术研究进展

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,FRP),如碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和凯夫拉(Kevlar)纤维增强复合材料,以其质量轻、比强度高、比刚度大、减振和抗疲劳性能好、耐腐蚀等诸多优越性能,广泛应用于航空航天、交通运输、生物医疗及体育用品等领域[1-3].制孔是纤维增强复合材料制造过程中最重要的加工工序之一,在纤维增强复合材料应用广泛的民用大型客机上,制孔工序占复合材料加工工作量的80％以上,一架波音747客机需要完成300多万个连接孔的加工[4].因此,制孔质量和效率直接关系到纤维增强复合材料零件的使用性能、生产周期和生产成本.     

碳纳米管改性对碳/ 环氧复合材料层间性能的影响

研究了在碳纤维织物上生长碳纳米管的改性对环氧树脂基复合材料层间性能的影响,对比了有无碳纳米管的碳纤维复合材料的层间剪切和弯曲性能,并采用碳纤维表面结合碳纳米管膜的方法研究了碳纳米管对碳/环氧复合材料层间性能的影响。结果表明,由于生长的碳纳米管长度过长(10μm)、末端无序排列为笼状,树脂无法进入碳纳米管内部,碳纳米管无法发挥增强作用,同时由于碳纳米管过长,复合材料内部缺陷增多,使得四种生长碳纳米管的碳纤维复合材料层间性能均有下降;而碳纳米管膜与碳纤维和树脂基体结合较好,使得复合材料层间剪切强度提高12%。     

碳纤维缝编工艺差异性分析与评估技术

织物用国产碳纤维的性能评价及改进、碳纤维缝编工艺技术的研究等均需要一些必要的分析评 估手段。上机织造比较分析表明,碳纤维本身的特性、导纱机件材料与结构形式、送纱方式等工艺设备和技术 路线对碳纤维缝编工艺性能影响较大,国产HF10-12K 碳纤维的缝编工艺效率和质量明显低于T700-12K 碳 纤维的;采用旋转轮导纱结构和主动送纱方式等,可有效提高国产碳纤维在碳纤维缝编织物制备工艺质量和工 艺效率。结果表明,碳纤维毛羽是影响碳纤维缝编织造工艺质量和效率的关键因素,参数“ 纱线毛羽指数”、 “织物拉伸强力/ 原纱强度(比值)”和“织物增强树脂基复合材料拉伸强度/ 原纱强度(比值)”可用来定量比较 分析和评估各碳纤维纱线的缝编织造工艺差异性。     

取向非连续碳纤维复合材料制备与性能

将传统的连续纤维预浸料通过机械高频切割的方法制成取向非连续碳纤维预浸料,并固化得到取向非连续复合材料,研究复合材料的内部质量与力学性能,并与连续碳纤维复合材料和随机取向碳纤维复合材料的相关力学性能进行对比分析。结果表明:与连续纤维复合材料相比,纤维被切断后制得的取向非连续碳纤维复合材料内部质量良好,并保持了较好的力学性能,0°拉伸强度保持率在63%以上,弹性模量基本保持不变,0°弯曲强度保持率在85%以上,弹性模量保持率在78%以上,且远远优于随机取向碳纤维复合材料的力学性能。     

混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能

为了考察混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能,采用碳纤维织物或玻璃纤维织物与芳纶纤维织物复合材料层共固化的方式,利用热压罐成型工艺制备了几种具有不同面密度及铺层结构的混杂纤维复合材料层板,并进行抗弹冲击性能测试、表观形貌观察和无损检测分析。结果表明:纯芳纶纤维及混杂纤维复合材料层板的钢弹冲击破坏模式相同,均为表层剪切破坏,中间层分层破坏,背层拉伸断裂破坏;层间混杂顺序对复合材料层板的分层缺陷面积有较大影响,当碳纤维层作为背层时,层板的分层缺陷面积为12 863. 6 mm2小于玻璃纤维层作为背层时(17 400. 5 mm2);当芳纶层作为背板时,混杂纤维复合材料层板冲击后分层缺陷面积与纯芳纶的相当(14 151. 0～14 927. 0 mm2)。混杂纤维复合材料对层板的抗弹冲击性能有较大影响,混杂后复合材料的弹道极限速度(v50)均有一定程度的提高,其中玻璃纤维/芳纶复合材料的v50从纯芳纶复合材料层板的193. 08提高至204. 33 m/s。将碳纤维层或玻璃纤维层作为着弹面层的混杂纤维复合材料层板具有更优异的抗弹冲击性能,其贯穿比吸能(BPI)均优于纯芳纶复合材料层板。     

低成本复材在航空业的应用

航空材料的进步是推动飞机发展的重要因素.自20世纪70年代以来,高性能碳纤维及其复合材料由于具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好等特点,可实现高性能化与结构功能的一体化,在航空领域的应用比例显著增加,成为最主要的航空航天结构材料之一.     

碳纤维在日本、英国和美国的命名情况

碳纤维的力学性能(纤维C-轴的模量和强度)取决于原料及其最终的热处理条件。为了表征各类碳纤维C-轴的这两个基本参数(模量与强度),由于传统的原因,在不同的国家里,对碳纤维的命名和分类各不相同。     

大型碳纤维复合材料壁板轮廓数控铣削工艺技术

碳纤维复合材料(CFRP)是以碳或者石墨纤维为增强体的树脂基复合材料,具有比强度高、比刚度大、可设计性强及良好的抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性能的优点.碳纤维复合材料与钢材相比其质量减轻75％,而强度却提高4倍,其卓越的性能带来了其在航空航天领域的大量应用.碳纤维增强复合材料在大型民机机体结构上的大量应用已经是现代大型民机的显著特点之一,复合材料用量占机体结构重量的百分比从空客A380的22％(另有GLARE材料占3％)到波音787的50％,再到空客A350XWB的53％,这标志着复合材料已成为现代大型民机首要结构材料,结束了以铝合金为主的机体结构选材时代.