国产T800级碳纤维本征特性研究进展

综述了近年来对国产T800级碳纤维本征特性的相关研究进展,包括纤维的力学性能、微观物理特性和表面化学特性等,并与东丽T800碳纤维对比,指出了国产T800级碳纤维性能上存在的一些问题。

T-800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究

针对制备高性能碳纤维缠绕复合材料的要求,以TDE85树脂为主体树脂、AG80树脂为添加树脂,选用混合芳香胺固化剂,研究了一种适合于T800碳纤维复合材料缠绕成型的树脂基体。结果表明,该树脂的黏度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,其浇铸体具有优异的耐热性能与机械性能,而其制备的T800碳纤维复合材料界面粘接好,缠绕强力环层间剪切强度达到81MPa、拉伸强度高于2500MPa,适合T800碳纤维的湿法缠绕成型。

T800级碳纤维复合材料螺旋铣磨制孔工艺研究

碳纤维复合材料由于具备强度高、各向异性、层间强度低等特点,加工时易产生毛刺、分层等损伤,是典型的难加工材料。本文针对碳纤维复合材料制孔出入口处易损伤的问题,对金刚石磨头端面进行锥角过渡改进设计,并采用螺旋铣磨工艺,探索T800级碳纤维复合材料轻量化低损伤加工方法,通过正交试验设计研究了刀具结构和工艺参数对制孔质量的影响。试验结果表明:与传统金刚石磨头相比,金刚石磨头端面锥角在60°时,轴向力从75N降至53.5N,降幅28.7%,径向力从35.5N升至128N,涨幅264%,并能获得较为理想的制孔质量,可以实现T800级碳纤维复合材料轻量化加工。

国产T800级炭纤维表面特性及其复合材料微观界面性能

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了两种国产上浆/去浆T800级炭纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了炭纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响。结果表明:去浆后炭纤维表面含氧活性官能团含量降低,粗糙度增加,与基体树脂的界面结合强度增大;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是破坏了纤维/基体间的化学键合作用,但去湿后部分界面性能可恢复。

不同制备工艺T800级碳纤维性能比较

对两种国产T800级碳纤维即湿法纺丝工艺HF40A和干喷湿纺工艺HF40S进行了测试比较分析,HF40A碳纤维拉伸强度5637MPa,拉伸模量295GPa,断裂伸长率1.9%,HF40S碳纤维拉伸强度6060MPa,拉伸模量292GPa,断裂伸长率2.0%,两种碳纤维的力学性能均达到了国外同类产品水平。湿法纺丝工艺HF40A碳纤维表面带有大量沟槽,与水和乙二醇的接触角分别为70.2°和60.9°,而干喷湿纺工艺HF40S碳纤维表面光滑,与水和乙二醇的接触角分别为74.4°和66.5°,HF40A碳纤维表面自由能为37.5mJ/m^(2),而HF40S碳纤维表面自由能为34.3mJ/m^(2)。HF40A、HF40S碳纤维与EM301树脂接触角分别为31.8°和34.5°,HF40A碳纤维与该树脂缠绕工艺制备的复合材料层间剪切强度为103MPa,同样条件下HF40S碳纤维的层间剪切强度仅91MPa。

国产T800级碳纤维微观及理化性能研究

对不同厂家生产的国产T800级碳纤维及日本东丽T800H碳纤维先应用SEM(扫描电子显微镜)和AFM(原子力显微镜)进行表面物理形貌研究;测试不同碳纤维的线密度、体密度;应用Wilhelmy吊片法原理测试碳纤维的表面能,以表征其表面浸润性。结果表明,国产T800级碳纤维断面轮廓大多呈现“扁椭圆形”或“圆形”,少数呈现“腰状”;国产T800级碳纤维线密度均大于T800H碳纤维;国产T800级碳纤维体密度值均小于T800H碳纤维;而在表面能方面,不同厂家的国产T800级碳纤维存在一定差异,表面能较大的碳纤维,其表面能的极性分量均较高,极性参数达到0.80以上,而表面能较低的碳纤维,其表面能的极性分量也均较低,极性参数均在0.60以下。

Effect of pyrolytic carbon interphase on mechanical properties of mini T800-C/SiC composites

The effect of pyrolytic carbon(PyC) thickness on the tensile property of mini T800 carbon fiber reinforced SiC matrix composites(C/SiC) was studied. PyC interphase was prepared by chemical vapor infiltration(CVI) process using C3H6–Ar as gas source, the PyC thickness was adjusted from 0 to 400 nm, and then the SiC matrix was prepared by CVI process using methyltrichlorosilane(MTS)–H2–Ar as precursor and gas source. The results showed that the tensile strength of mini T800-C/SiC increased first and then decreased with the increase of the PyC thickness. When the thickness of PyC was 100 nm, the average strength reached the maximum value of 393 ± 70 MPa. The Weibull modulus increased from 2.0 to 8.06 with the increase of PyC thickness, and the larger the Weibull modulus, the smaller the dispersion, which indicated that the regulation of PyC thickness was conducive to improve tensile properties.

碳纤维丝束起毛量测试方法

为定量测试碳纤维丝束的断丝起毛程度,建立了碳纤维丝束起毛量测试方法,并搭建了测试装置。采用所建立的方法对2种国产T800级碳纤维进行起毛量测试,研究了丝束展宽、张力、毛丝吸附材料等测试条件对测试结果的影响。采用优化的测试条件,测试了几种进口、国产T700级、T800级碳纤维丝束的起毛量。实验表明,所建方法操作简单,适用性较广。对于12K的T800级碳纤维,当纤维张力为1~2N,海绵孔隙大小在0.1~0.6mm,且受到的载荷大小为1~4N时,测试结果比较理想。对于起毛量较高的碳纤维,需保证一定的纤维展宽使丝束内部的毛丝暴露,从而保证测试结果的准确性。