T300碳纤维热处理对C_f/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷先驱体浸渍裂解工艺制备T300碳纤维增强3DCf/SiC复合材料,研究了T300碳纤维预先热处理对材料性能的影响。结果表明,热处理能够弱化Cf/SiC复合材料中纤维-基体界面结合,减少碳纤维在复合过程的损伤,显著提高复合材料性能。纤维经热处理后制备的Cf/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性分别从未经处理的154MPa,4.8MPa·m1/2提高到437MPa,20.4MPa·m1/2。

高温处理对T300级炭纤维结构及性能的影响

为了研究炭纤维在复合材料数次高温处理过程中的性能变化,选取1种国产和1种进口T300级炭纤维,进行3次2 500℃高温处理,研究了高温处理及处理次数对纤维微观形貌、线密度、晶格参数及灰分含量等性能的影响,讨论了不同的高温处理次数对不同纤维及不同性能的影响。实验结果表明,2种炭纤维的各项性能在3次高温热处理中的变化趋势相似,第1次高温处理对各纤维的性能影响最为显著。

T300/QY8911复合材料湿热行为的研究

目的为保证复合材料结构的完整性和使用安全,对树脂基复合材料的湿热行为、湿热环境下的宏观力学性能和物理行为进行研究。方法采用加速老化法,在高温下对T300/QY8911复合材料进行湿热老化行为的研究。借助动态力学热分析(DMTA)、力学性能测试研究湿热条件下的玻璃化转变温度和力学性能的变化规律。结果 T300/QY8911复合材料吸湿率的变化在湿热处理初期符合Fick第二定律,T300/QY8911复合材料的玻璃化转变温度均随着复合材料吸湿率的增加呈下降趋势,在饱和吸湿条件下tanδ峰对应的θg值具有较大的下降幅度,复合材料的拉伸强度和压缩强度均随着湿热处理时间的增加而出现下降,湿热处理条件对复合材料拉伸断裂宏观形貌的影响比较明显,而对复合材料压缩断裂宏观形貌的影响较小。结论 T300/QY8911复合材料在432 h到达饱和吸湿,饱和吸湿率为1.34%,水分子在复合材料中的扩散系数为7.38×10-5 mm2/s,吸湿速率为1.29×10-2 s-1,饱和吸湿条件下T300/QY8911复合材料的θg下降了59.2℃。T300/QY8911复合材料拉伸强度的下降幅度为16.2%,压缩强度的下降幅度为0.6%。

977-2/T300和M21/T800复合材料性能研究

探讨了增韧环氧树脂977-2与T300碳纤维、增韧环氧树脂M21与T800碳纤维形成的单向带预浸料、织物预浸料以及复合材料层压板的性能。研究结果表明:M21/T800预浸料属于T800级材料,M21/T800复合材料的常规力学性能在纤维控制的项目上,高于其他三种材料;树脂基体及界面的性能与T300材料的相当,材料的韧性和抗损伤能力比T300材料有较大程度的提高;M21/T300织物预浸料的韧性和抗损伤能力优于977-2A/T300预浸料。

冷等离子处理对炭纤维表面及复合材料性能的影响

空气气氛下对T300炭纤维进行不同时间的等离子处理。对处理后的炭纤维表面进行了扫描电镜(SEM)观察,对表面活性基团进行了红外光谱测试。结果显示,随着处理时间的增长,纤维表面沟槽长度加长,程度加深,表面粗糙度增大。纤维表面并没有明显的活性基团产生。将处理后的炭纤维制备成单向增强板,测得试样的弯曲模量达到109GPa;弯曲强度在处理时间为16min之内增加较快达到1241.5MPa,超过16min之后开始下降。等离子处理前后的力学性能相比,弯曲模量提高了50.97%,弯曲强度提高了46.89%。实验结果显示,等离子处理16min能够得到比较好的界面结合性能和力学性能。

国产高性能碳纤维复合材料界面性能研究

对国产MT300-3K、JHT300-3K和东丽T300-3K碳纤维表面微观形貌及其环氧树脂基复合材料界面性能进行对比研究,SEM结果表明,三者表面微观形貌一致;单纤维拔出对比试验表明,国产MT300-3K与东丽T300-3K碳纤维界面剪切强度相当,略大于国产JHT300-3K碳纤维;单向板弯曲强度、层间剪切强度及破坏面微观形貌分析表明,三种T300-3K级碳纤维与环氧树脂基体的匹配性好,界面粘接强度相当。

Z-pin增强CMC层间Ⅰ+Ⅱ混合型断裂韧性

提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,采用CVI工艺在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备了Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过三点弯曲试验测定了Ⅰ+Ⅱ混合型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pin增强机理。结果表明:随着裂纹扩展长度的增大,Ⅰ+Ⅱ型裂纹扩展阻力不断增大,相同裂纹扩展长度,增加Z-pin植入密度可以提高粘结强度,增大止裂作用。Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料裂纹扩展的耗能途径主要是层间界面剥离、Z-pin弹性剪切和拉伸变形。

炭纤维上浆剂对浮沉法体密度测试的影响

对上浆剂去除前后的炭纤维进行了体密度、上浆剂含量和微观形貌测试分析。结果表明,未除浆样品在浮沉法体密度测试时分层,上层样品絮集严重,上浆剂在纤维表面堆积明显,含量约为2.17%;下层样品轻微絮集。采用丙酮萃取法除浆,测得上浆剂含量为1.20%,除浆样品在浮沉法体密度测试时依然分层,上层样品轻微絮集,有少量上浆剂堆积,下层样品分散均匀。采用450℃热解法除浆,测得上浆剂含量为1.53%,除浆样品在密度液中分散均匀,表面无上浆剂堆积。扫描电镜观察及理论分析表明,炭纤维表面上浆剂残留及不均匀分布引起样品密度不均一,是导致浮沉法体密度测试分层的主要原因;表面上浆剂去除越充分,体密度测试结果准确性越高;比较而言,高温热解是去除炭纤维表面上浆剂的更有效方式。

AS4碳纤维及复合材料

对美国Ｈｅｒｃｕｌｅｓ公司的ＡＳ４碳纤维的常规性能及其环氧复合材料性能进行了研究，认为ＡＳ４性能基本上与国内应用较广的Ｔ３００碳纤维性能相当。有较大的推广使用价值。

我国聚丙烯腈基碳纤维发展技术水平及规模

碳纤维作为一种新型高性能纤维在航空航天业、化工机械、体育器械等方面有广泛的应用。在技术上,目前我国T300聚丙烯腈基碳纤维已实现了国产化,实验室小试的聚丙烯腈基碳纤维性能相当于T700的水平,且2010年有望通过中试而逐步实现产业化;在规模上,2009年我国聚丙烯腈基碳纤维消费量达到7 500 t/a,而当年生产能力仅为90～200 t/a,其中高性能碳纤维以进口产品为主。预测2010年我国聚丙烯腈基碳纤维消费量将达到8 700 t。