Experimental Study on the Influence Mechanism of Carbon Fiber/Epoxy Composite Reinforcement and Matrix on Its Fire Performance

The effects of the number of layers,the arrangement of carbon fiber(CF)tow and the epoxy resin(ER)matrix on the fire performance of carbon fiber/epoxy composites(CFEC)were studied by a variety of experimental methods.The results show that the number of layers of CF tow has influence on the combustion characteristics and fire propagation of the composites.The arrangement of CF tow has influence on flame propagation rate and high temperature mechanicalproperties.The mechanism of the influence of the number of layers of CF tow on the composite is mainly due to the different thermal capacity of ER matrix.The effect of the arrangement of CF tow on the fire performance of the composite is mainly due to the inhibition and obstruction of the tow on the combustion of ER matrix.The influence on the high temperature mechanicalproperties is mainly due to the different arrangement direction of CF tow.The fitting equation of the mechanicalproperties of the samples was obtained.This equation could be used to predict the samples’tensile strength from 25°C to 150℃by comparing with the experimental results.Taking the carbon fiber woven cloth(C)applied in the fuselage material as an example,combining the influencing factors of various parameters in the fire field,some suggestions are put forward combined with the research conclusion.

大丝束碳纤维复合材料在风电叶片的应用

大功率风电机组尤其是海上风电大尺寸复合材料叶片对于材料的强度、耐疲劳性能及长期使用可靠性提出了更高的要求,高强度高刚度碳纤维增强复合材料拉挤板材为大尺寸风电叶片主梁结构提供了最佳解决方案。国产低成本大丝束碳纤维生产技术突破为碳纤维增强复合材料风电板材规模化应用奠定了基础,碳纤维/玻璃纤维(碳玻)混杂成型技术、碳纤维/聚氨酯体系拉挤成型技术为风电板材提供了更多可供选择的技术途径。本文结合上海石化48K大丝束碳纤维在风电领域应用研究成果及国内外风电板材新型技术进展,总结了大丝束碳纤维复合材料在风电叶片板材的应用途径。

检测过程对48K大丝束碳纤维拉伸弹性模量的影响

以中复神鹰SYT45S-48K碳纤维作为研究对象、SYT55S-12K碳纤维作为试验参比,从预加载荷、固化温度、加载速率、加捻四个方面探讨检测过程对48K大丝束碳纤维拉伸弹性模量的影响。结果表明,对试样施加初始载荷约为破坏载荷的5%,加载速率为15 mm/min、样条固化温度为130℃、加强片固化温度为120℃时,其拉伸弹性模量不低于252 GPa,且与第三方检测机构对标结果一致。

振动喷吹展纤工艺参数对碳纤维展纤效果影响的研究

针对现有展纤装置存在的问题,对纤维束展纤机理开展研究,在实验室机械展纤设备的基础上,将振动展纤与气流喷吹展纤相结合,搭建了振动喷吹展纤装置,建立了碳纤维展宽理论模型。并对展纤工艺参数进行了优化分析。结果表明,适当增大气流速度、振动幅度及振动频率有助于提升碳纤维展纤宽度与均匀性,与传统机械展纤工艺相比,能够保证较低的展纤断裂率,所设计的振动喷吹展纤装置可将12 k碳纤维束稳定展宽至17.6 mm,均匀度达到94.7%,纤维断裂率降低至0.036%。

大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究

采用低黏度的水性聚酰亚胺(PAAs)类上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基大丝束碳纤维进行浸渍处理,得到上浆碳纤维,研究了上浆剂浓度与浸渍时间对上浆碳纤维可加工性能的影响,并分析了上浆碳纤维的表面及断面形貌、表面元素及活性基团变化。结果表明:大丝束碳纤维的上浆率主要受上浆剂浓度的影响,上浆过程基本在30~60 s内完成;相比未上浆的碳纤维,上浆碳纤维的毛丝量大幅减少,悬垂值随上浆率增大而增大,耐磨次数随上浆率的增大呈现先增后减的变化趋势;在上浆剂PAAs质量分数为0.3%~0.5%、浸渍时间为60 s时,上浆碳纤维的上浆率为1.19%~1.52%,可加工性能好;在上浆剂PAAs质量分数为0.5%、浸渍时间为60 s时,上浆碳纤维表面光滑,表面氮、氧元素含量增加,并引入了PAAs的极性基团。

大丝束腈纶的表面改性及其热环化行为研究

为降低聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产成本,采用低成本大丝束腈纶作为前驱体,利用单宁酸的活性基团羟基对大丝束腈纶进行表面改性,制得单宁酸改性大丝束腈纶预氧化丝,研究了预氧化阶段大丝束腈纶的热环化行为。结果表明:经单宁酸溶液处理后,大丝束腈纶环化反应的起始温度从275℃降至200℃,从原来自由基聚合困难的反应转化为相对简单的离子聚合反应;改性大丝束腈纶经预氧化后氧元素质量分数从15.03%提升到27.43%,单宁酸改性显著促进了大丝束腈纶的氧化反应;改性大丝束腈纶经预氧化后体密度达到1.3746 g/cm^(3),满足后续碳化处理对纤维的结构要求,从而为后续大丝束腈纶基碳纤维制备奠定基础。

自动铺丝技术对复合材料层压板厚度的影响

自动铺丝技术是碳纤维复合材料自动化专业领域的新兴制造技术,与传统手工铺叠制造工艺相比,自动铺丝会产生丝束间隙和丝束切断形成的三角区问题,影响复合材料层压板的厚度。手工铺叠复合材料层压板采用幅宽1000.00mm、牌号为ZT7H/QY9611的预浸料,自动铺丝技术采用幅宽6.35mm、牌号相同的预浸料。通过对比实验,发现自动铺丝复合材料层压板单层厚度小于手工铺叠单层厚度,自动铺丝和手工铺叠的单层厚度均小于理论厚度0.1380mm, 2种工艺制备的复合材料层压板单层厚度在0.1358~0.1365mm之间。自动铺丝技术的丝束是通过切割刀片闸断,纤维角度为±45°时,在小铺层上复合材料蒙皮壁板类零件的轮廓边缘区域,由丝束闸断形成的三角区其铺层轮廓线±4.5mm内是厚度渐变区域,不应设计装配连接区域,工艺检验时须适当放宽三角区厚度控制精度要求和成型质量要求。

预氧化温度对大丝束碳纤维性能的影响

预氧化阶段是碳纤维生产过程中的关键环节之一,对碳纤维最终的结构性能具有重要影响,而影响预氧化工艺的重要因素则包括温度、时间及牵伸等。本文通过梯度密度仪、纤维强伸度仪、元素分析仪(EA)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)以及扫描电镜(SEM)等测试手段。在其他工艺条件相同情况下,通过调整温度对PAN基原丝大丝束(48K)进行预氧化,对生产的预氧纤维性能结构进行分析,以探索预氧化温度对大丝束PAN基碳纤维的影响。

大丝束碳纤维国内外研究现状

碳纤维作为近现代科技材料,在国内外经过近50年的发展革新,已经具备了成熟的产业化能力,其产品在高强中模、高模、高强高模的性能领域都有着自己特有型号。随着各行各业对碳纤维的需求量不断增大,大丝束碳纤维因其高产出、优质价廉的特性在工业民用领域上大受好评。本文通过对国内外大丝束碳纤维的发展及现状进行评析总结,指出国内碳纤维还需面对的问题,为大丝束碳纤维领域的发展提供一定的参考建议。

网格尺寸对碳纤维丝束风力发电机叶片融冰效果的影响研究

基于碳纤维材料优良的电热性能,针对碳纤维复合材料在风力机叶片的电热防冰/除冰技术研究现状,提出基于T3001K碳纤维丝束的风力发电机叶片防冰/除冰的方法。制作包含保护层、基层和发热层3层结构的碳纤维发热元件。在多功能人工气候实验室测试碳纤维发热元件的融冰性能。采用数值计算法研究碳纤维发热元件融冰过程中的表面温升特性。结果表明:碳纤维发热元件具有优良的融冰性能,较传统电热除冰方法具有质量轻、电阻稳定性较好、发热均匀性良好等优点;网格尺寸越大,发热元件的发热均匀性越差;相同的加热功率密度条件下,网格尺寸对发热元件的融冰效果影响较小。

基于超声引导法的薄层化碳纤维性能研究

分别采用辗压法、空气负压法和超声引导法对T700-12K碳纤维丝束进行了薄层化处理并进行了性能对比试验。结果表明:薄化技术对碳纤维弹性模量没有影响。采用超声超导法产生的碳纤维薄层化效果最好,性能损失最低,且性能分散性最小。

热熔法制备大丝束炭纤维预浸料工艺研究

简要介绍了热熔法制备大丝束炭纤维(60K)预浸料的工艺过程,并着重对影响预浸料质量的几个主要因素进 行了讨论,结果表明,严格控制预浸温度、纤维张力、预浸压力和运行速度等因素是保证大丝束炭纤维充分展开和浸 润的技术关键。

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。

大丝束碳纤维应用研究

大丝束碳纤维及其复合材料应用研究概况。

航空结构复合材料对碳纤维的需求

根据航空用结构复合材料的特点,论述了对碳纤维的需求,着重介绍了飞机用碳纤维的发展,指出用于结构复合材料的碳纤维要求质量稳定、分散性小、工艺性好、价格便宜、品种多、大、小丝束都应发展,在开发高性能碳纤维时,应注意解决使用中的问题。

新世纪初世界碳纤维透视

本文介绍了新世纪初世界常规级 (Conventionaltow ,简称CT)和大丝束 (Largetow ,简称LT)PAN基碳纤维的发展近况和CT和LT碳纤维的竞争势态 ,提出如何正确认识CT和LT碳纤维的利弊与相应市场 ,指出了发展我国碳纤维的机遇与挑战及几点意见和建议。

钓鱼竿用大丝束碳纤维预浸料的研制

本文简要介绍了钓鱼竿用大丝束（60K）碳纤维预浸料熔胶膜法浸渍工艺，并着重就影响预浸料质量的几个主要因素进行了讨论。

干纺与湿纺腈纶大丝束预氧化工艺研究

对 3 .3 3dtex民用干纺与湿纺腈纶大丝束的预氧化工艺进行了研究。结果表明 ,预氧化温度和铺丝厚度是影响纤维性能的关键因素。预氧化温度 2 60～ 2 70℃ ,每 10min升温 10℃ ,制备的干纺与湿纺腈纶预氧纤维都能达到强度 1.6～ 1.7cN/dtex ,伸长 11%～ 16% ,极限氧指数大于 40 .5 %的纺丝用预氧纤维的质量要求。

大丝束碳纤维复合材料力学性能研究

本文研究了大丝束碳纤维（48K）复合材料的常规力学性能及耐湿热性能，并与小丝束碳纤维（T300-3K）复合材料进行了对比，研究结果可为大丝束复合材料在航空器的次承力件或非承力件的应用提供技术基础。

预浸料技术的新进展

本文根据复合材料低成本制造技术,介绍了预浸料技术的新进展,包括可常温储存的预浸料;低温固化高温使用的预浸料;大丝束碳纤维预浸料和快速固化预浸料。