碳纤维、玻璃纤维/环氧树脂热解及燃烧特性对比

民用飞机内饰壁板材料主要是纤维/树脂复合材料,该类复合材料具有一定的火灾危险性,因此研究其热稳定性和燃烧特性对于飞机防火具有重要意义。采用热重分析仪研究了不同升温速率对碳纤维/环氧树脂和玻璃纤维/环氧树脂两种典型飞机壁板材料热解的影响,并使用Kissinger法得到了分解阶段的表观活化能和指前因子;采用锥形量热仪研究了两种预浸料在不同火灾环境下的燃烧特性,并选取火势蔓延指数(δFGI)、火险潜在指数(δFPI)、放热指数(δTHRI)、发烟指数(δTSPI)4种评价指标评估其火灾危险性;进而分析两种纤维在树脂复合材料热解、燃烧过程中的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率对两种预浸料的热解影响都较大,碳纤维在556℃以上发生分解,玻璃纤维未发生分解。在热解时玻璃纤维预浸料前两阶段的活化能明显高于碳纤维预浸料,表明玻璃纤维预浸料具有更高的热稳定性。碳纤维预浸料的热释放速率、产烟速率、总产热量、总产烟量均大于玻璃纤维预浸料,随着热辐射强度的增加,两种预浸料这些参数之间的差值都不断变大,碳纤维预浸料的δFGI、δTHRI、δTSPI均大于玻璃纤维预浸料,δFPI值则相反。分析发现,两种纤维都对复合材料的热解有一定的抑制作用,但玻璃纤维抑制作用更明显,碳纤维/环氧复合材料火灾危险性更大。