基于高导热碳纤维复合材料的大尺寸高稳定桁架结构

本发明公开了一种基于高导热碳纤维复合材料的大尺寸高稳定桁架结构，包括高导热碳纤维面板铝蜂窝夹层板、天线支撑桁架、高模量碳纤维面板铝蜂窝夹层板、铝面板铝蜂窝夹层板，天线支撑桁架为若干碳纤维多通接头与若干碳纤维杆件胶接装配而成的梯形立方体，天线支撑桁架下底面通过常温结构胶黏剂设有铝面板铝蜂窝夹层板，天线支撑桁架下端两侧通过常温结构胶黏剂对称设有高模量碳纤维面板铝蜂窝夹层板，天线支撑桁架内通过常温结构胶黏剂水平铺设有高导热碳纤维面板铝蜂窝夹层板。

高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状及展望

随着新一代航天器不断朝着超大型化、微小型化、高效能化方向发展,航天器对轻质高强高模高导热材料的需求日益迫切。相比传统的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维,高导热沥青基碳纤维具有超高的热导率、更高的拉伸模量以及更低的热膨胀系数,是实现承载/传热/热尺寸稳定性功能一体化的理想材料,在航天领域得到了重要应用并展现出巨大应用前景。本文介绍了高导热沥青基碳纤维及其复合材料的性能特点、发展现状以及在航天器中的应用现状,重点从航天器热管理结构、热防护结构、高尺寸稳定性结构、多功能结构、电子设备外壳等方面综述了其应用现状,最后对高导热沥青基碳纤维复合材料的发展及应用前景进行了展望。

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites,SiC CMC)在热管理领域(thermal management,TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC或C_(f)/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。

短切/连续碳纤维协同增强本征导热环氧树脂基复合材料研究

采用含有联苯介晶基元结构的3,3’,5,5’-四甲基联苯二酚二缩水甘油醚(TMBP)与含有芳香酰胺介晶基元结构的固化剂4,4-二氨基苯酰替苯胺(DABA)制备本征导热TMBP/DABA环氧树脂。结果表明,热导率高达0.33 W/(m·K),比普通双酚A缩水甘油醚(DGEBA)/4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)环氧树脂的热导率高约50%,相应短切碳纤维(含量为75%,质量分数,下同)增强复合材料面外和面内热导率分别高约42.7%和40.2%。采用紫外臭氧氧化方法对短切碳纤维(SCF)和连续碳纤维(M55J)进行表面改性,发现能够明显改善纤维与基体树脂之间的界面结合强度,进而提高复合材料的导热性能。进一步采用SCF和M55J为增强纤维、本征导热TMBP/DABA环氧树脂为基体树脂制备出短切/连续碳纤维协同增强本征导热环氧树脂基复合材料SCF/M55J/TMBP/BADA。SCF的加入能够同时改善M55J/TMBP/DABA单向复合材料板沿X、Y、Z轴方向的热导率,分别最高达到98.07、48.23、9.40 W/(m·K)。为改善复合材料综合导热性能提供了一种新思路。

轻质玄武岩纤维高延性水泥基复合材料研制及导热性能研究

高延性纤维增强水泥基防火材料(FR-ECC)具有遇火不燃性、高温不分解有毒气体、耐久性良好、延性高、抗裂性能好等优点,近年来得到了广泛关注和研究。常规FR-ECC的制备采用有机纤维为增韧组分,而有机纤维在高温条件下纤维分解气化易导致防火材料延性下降,造成开裂失效,制约了FR-ECC的应用。本工作以耐高温性能优异的铝酸盐水泥和玄武岩纤维(BF)作为原材料,设计研发轻质玄武岩纤维水泥基复合材料(LWBF-ECC),并研究该材料高温后力学性能及热学性能的演化规律。试验分析了LWBF-ECC在常温和高温后的干密度变化、物相变化、单轴抗拉强度和抗压强度变化规律,并研究了其在不同过火温度下延性及导热系数的变化规律。研究表明:在常温环境下,LWBF-ECC延性可达0.82%,是常规钢结构表面喷射防火材料的80倍;由于BF耐高温性能优异,高温下仍能充分发挥桥接作用,在过火温度低于400℃时,LWBF-ECC材料拉伸均表现为应变硬化,高温下仍保持一定延性,100、200和400℃时极限应变分别为0.78%、0.32%和0.18%;随着温度升高,LWBF-ECC干密度降低,孔隙率升高,同时导热系数下降,高温下胶凝材料水化物转变和结晶水损失导致水泥含量越多,质量损失越大,干密度降低越明显。

聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维复合材料机械性能与导热性能研究

采用氧化石墨烯对碳纤维进行了改性(GO-KCF),用双螺杆挤出机制备了聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维(PA6/GO-KCF)、聚酰胺6/纯碳纤维(PA6/CF)、聚酰胺6/石墨三种复合材料,对改性碳纤维的组成、热稳定性以及复合材料的断面形貌、弯曲性能和导热性能进行了分析。红外光谱分析结果证实了—OH、—NH—、—CN—、O—Si—O等结构在GO-KCF中的存在,表明氧化石墨烯成功接枝到碳纤维表面;热重分析结果表明经过氧化石墨烯改性后的碳纤维热稳定较好,质量损失率仅有3.5%左右;复合材料的断面SEM结果显示,GO-KCF有效改善了与PA6树脂基体的界面相容性,经过改性后的碳纤维能在树脂基体中构成三维立体网状结构,能够起到传递外力载荷的作用;改性材料添加量都为11wt%时,PA6/GO-KCF复合材料的弯曲强度达到了180 MPa,分别比PA6/CF和PA6/石墨复合材料高出38.5%和24.1%;导热性能测试结果表明,PA6/GO-KCF复合材料的导热性能优于PA6/CF和PA6/石墨复合材料;在9wt%添加量情况下,PA6/GO-KCF复合材料的导热系数达到了2.42 W/m·K,分别是PA6/石墨和PA6/CF的2.7倍和3.9倍。

取向碳纤维/橡胶导热复合材料的研究进展

介绍不同方法制备取向碳纤维增强导热复合材料的特点和进展,并对取向碳纤维/橡胶导热复合材料的发展方向进行展望。目前制备高导热取向碳纤维增强复合材料的方法主要包括冰模板取向法、外场辅助取向法和剪切力取向法等。每种方法均具有自身的特点和优势,可以根据具体需求选择合适的方法来实现碳纤维的取向。调控碳纤维沿特定方向取向排列的橡胶复合材料能够充分利用碳纤维在轴向上的高导热特性,显著提高材料在取向方向上的热导率。这种具有高导热各向异性的碳纤维/橡胶复合材料在热界面材料领域有着广阔的应用前景。

轨道交通车辆用高阻燃碳纤维复合材料环境适应性研究

碳纤维复合材料制作的轨道交通车辆结构件最大优势在于轻量化,整体具有较好的力学性能,且相对于铝合金有更好的抗疲劳性。作为轨道交通车辆外部结构件,车外环境很大程度上会影响产品使用寿命,针对该产品的使用环境,本文研究了一种适合轨道交通用碳纤维复合材料,对该材料的环保、阻燃、紫外辐射、湿热老化、盐雾老化等环境试验进行了研究,结果表明该碳纤维复合材料在复杂环境下仍具有良好的力学性能,满足设计要求。

高导热导电CR/NR/碳纤维复合材料性能研究

用气相沉积法对碳纤维表面进行处理,研究了高性能碳纤维(CF)在氯丁橡胶(CR)和天然橡胶(NR)复合材料中的流变性能、加工性能、物理机械性能、导电性、导热性、耐老化性和抗疲劳性等性能。通过电子显微镜(SEM)表征分散效果。结果表明,随着CF用量的增加,橡胶复合材料的硫化时间缩短,抗拉强度提高了18%,抗疲劳性提高了19%;添加3phr CF分散性最好,硫化胶的物理力学性能最佳。CF用量增加,导热性和导电性增强。

高铁用超高绝热性能夹芯碳纤维复合材料的制备及其性能研究

本文研究了一种具有超高绝热性能的电磁防护碳纤维夹芯复合材料制备方法,使用电磁屏蔽碳纤维复合材料为蒙皮,二氧化硅/聚酰亚胺气凝胶为芯材,阻燃环氧树脂为粘合剂。通过调节配方改变材料的厚度、密度、导热性能、力学性能等指标,从而获得满足性能要求的材料。以厚度为20 mm的复合材料为例,其密度约为0.15 g/cm3~0.26 g/cm3;在10 kHz~18 GHz频段,材料的电磁屏蔽效能 ≥ 40 dB,室温热导率约为0.021 W/m.k,压缩杨氏模量和屈服强度分别超过7.21 MPa和0.334 MPa,具有优异的热稳定性(可以在150℃下稳定使用),和良好的阻燃性能(满足DIN-5510相关标准)。

聚碳酸酯低聚物改性碳纤维及其增强聚碳酸酯复合材料的性能

以双酚A(BPA)和碳酸二苯酯(DPC)为原料进行酯交换制备了低聚合度聚碳酸酯(PC),通过红外光谱(IR)、凝胶渗透色谱(GPC)等确认产物相对分子质量为5516,且具有较高的端羟基含量。采用溶液浸渍法以LPC为上浆剂对碳纤维(CF)进行表面修饰,并制备了碳纤维增强聚碳酸酯复合材料(CFRPC),考察了LPC和CF含量对复合材料拉伸强度和热导率的影响。结果表明,经过脱浆及氧化处理后的CF(OCF)在LPC的修饰作用下与PC基材的界面附着力更高,使复合材料的性能得到明显提高,拉伸强度和热导率最高可分别达到136.3 MPa和0.739 W/(m·k),同条件下比采用DCF(仅经过脱浆处理的CF)增强PC的拉伸强度和热导率分别提高了26.0%和8.8%。经扫描电镜图观察到了拉伸样条断面上的OCF表面包裹着均匀的树脂层,显示了PC与OCF之间较强的附着力。

高导热沥青基碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及导热性能研究

利用液相浸渍/排布-铺层-热压制备工艺制备了高导热沥青基碳纤维/环氧树脂复合材料。研究了沥青基碳纤维种类、碳纤维排布方向、温度变化对碳纤维/环氧复合材料导热性能的影响。结果表明,制备的山西煤化所沥青基碳纤维/环氧复合材料的导热系数达到了322 W/(m·K),远高于常规碳纤维复合材料的导热系数。另外,碳纤维复合材料纤维轴向的导热系数远远高于垂直于纤维轴向的导热系数。温度对碳纤维复合材料也有一定的影响。研究结果将为碳纤维复合材料的制备和应用提供借鉴。

高导热碳/碳复合材料的制备

以中间相沥青和中间相沥青基碳纤维为原料,采用碳布热压法、液相浸渍法制备了二维和三维高导热碳/碳复合材料,且所制得复合材料的热导率分别高达443和340 W/(m·K).依据碳/碳复合材料的热导率模型,分析了不同结构特征参数对材料热导率的影响.结果表明,基体碳热导率、孔隙率以及界面相厚度均会在一定程度上影响材料的导热性能.

高导热碳/碳复合材料的设计与制备

高导热碳/碳复合材料具有轻质、高导热、高模量、低热胀以及传统碳/碳复合材料的高温高强度等优异性能,已成为当前复合材料研究的热点,在航天航空、电子科技、核工业等领域具有广阔的应用前景。本文依据构建的典型结构碳/碳复合材料热导率模型,定量分析了重点结构参数对碳/碳复合材料热导率的影响,并据此开展了高导热碳/碳复合材料结构设计、调控、制备与表征研究,制备出室温导热方向热导率分别达到700,400和350 W/m·K以上单向、二维和三维高导热碳/碳复合材料。

高导热炭纤维及其炭基复合材料

主要介绍了国际上近十年来高导热炭纤维 (CF)

导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展

综述了导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)的研究与应用现状和进展,阐述了CFRP的声子导热和光子导热机理,介绍了不同铺层角度和铺层比的CFRP面内和厚度方向热导率计算模型及测试方法,分析了环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺等3类树脂体系和聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、中间相沥青基碳纤维、气相生长碳纤维、碳纳米管纤维等4类增强体以及工艺方法等因素对CFRP热导率的影响。

短切碳纤维/AlN/环氧树脂绝缘导热复合材料性能研究

通过浇注工艺制备了短切碳纤维/AlN/环氧树脂复合材料,研究了复合材料热、电和力学性能。结果表明,复合材料的热导率、介电常数、弯曲强度和模量随短切碳纤维含量增加而上升,其电阻率则下降。当短切碳纤维体积含量由0变化到1.8%时,复合材料的热导率由1.14W.m-1K-1提高到1.45W.m-1K-1;弯曲强度和模量分别提高了14%和13%;而体积电阻率和表面电阻率分别由2.69×1015Ω.m和2.09×1013Ω降到6.16×1012Ω.m和2.95×1010Ω。复合材料的热膨胀系数随碳纤维含量变化不大。

碳纤维水泥基复合材料导热系数的研究

研究了碳纤维含量对水泥基复合材料导热系数的影响。试验结果表明:由于碳纤维加入水泥基材料中的同时也引入了气泡,导热系数随着碳纤维含量的增加而降低,碳纤维含量小于1.0%时,下降的幅度较大;含量大于1.0%时,下降的幅度变缓。通过对试验数据拟合得到了导热系数随碳纤维含量变化的函数关系。

高导热环氧树脂及碳纤维增强复合材料的制备与性能研究

本文采用导热石墨片(TCGS)制备高导热环氧树脂(EP),并研究其与三种胺类固化剂(3,3-二甲基-4,4-二氨基二环己基甲烷(DMDC),二氨基二苯甲烷(DDM),二氨基二苯砜(DDS))的固化反应,通过动态热机械分析和力学性能测试,优化了各种树脂体系的耐热性能和力学性能,使得DDS/EP/TCGS树脂浇铸体的最大弯曲强度达到了107.9MPa,玻璃化转变温度达到169℃,在120℃时的凝胶时间达到107min,具有良好的预浸料制备工艺性;以激光闪射法测得三种固化体系(DMDC、DDM、DDS)的导热系数分别为1.276W/(m·K),1.311W/(m·K),1.226W/(m·K);其碳纤维增强复合材料同样具有较好的力学性能和横向导热性能。

国产碳纤维 何以突围——2022全球碳纤维复合材料市场报告

随着成本下降、应用场景不断拓展,碳纤维在中国市场的潜力进一步释放。2022年,中国碳纤维行业表现亮眼。中国的碳纤维用量中,国产份额猛增,首次超越了进口量。同时,国产碳纤维的出口仍然寥寥无几。面对性能、质量提升的艰巨任务,中国碳纤维产业如何构建核心技术体系,摆脱低成本、重复建设?作为全球碳纤维的重要增长极,其产业链的高质量发展具有重要意义。2022年,中国的国产碳纤维用量历史上首次超越了进口量,且在中国市场总需求量比例飙升到60.5%,比2021年增长了53.8%,这是里程碑式的事件。国产碳纤维已经成为中国市场的主流供应。