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未经表面处理处理的碳纤维,制备的CF增强树脂复合材料(CFRP)的层间剪切强度(ILSS)在50~60MPa范围内,而CFRP作为工程结构材料使用时的ILSS在80MPa以上。因此碳纤维必须经过表面处理才能达到使用要求。
关于氧化工艺中纤维是否加张力意见不同,一些研究者认为沥青是大片层分子结构,因而无需在氧化过程中加张,但其他作者和我们的研究结果发现,张力的确有助于纤维微晶择优取向,因而强度和模量有所增加
氧化纤维是由沥青制备碳纤维的中间产品,它必须在氮气保护下继续加热,使纤维内部进一步发生交联、环化、缩聚以及芳构化等反应,脱除H、O、N等非C原子及放出CO、COz、CH4、水分、H2、NH3以及重碳氢化合物,致使纤维中缩合芳环平面不断成长,形成主要由碳元素组成的芳环二维平面网状类石墨结构的沥青碳纤维,呈乱层结构
树脂浸渍碳纤维制成的预浸料具有优良的成型加工性能,采用真空热压罐成型或热模压成型得到的树脂基复合材料,具有突出的耐热稳定性和抗氧化性,可在310~320℃高温下长期使用。T300/KH-304复合材料在320℃空气中经500h的恒温热处理后,材料的失重不超过5~7%
碳化是制造ACF的重要工艺过程,是指不熔化沥青纤维在惰性气氛中(如N2)加热升温,排除纤维中可挥发的非碳组分的过程及形成乱层类石墨结构的过程
高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀等特点,尤其是其强度随着温度的升高,不仅不会降低反而还可能升高,它是所有已知材料中耐高温性好的材料
C/C复合材料的制备方法有很多,所用的原料不同,C/C复合材料的制备工艺也各不相同如图10-1所示,归纳起来主要有浸渍、CVD(CVI)法、高压碳化法(PIC)及粉末烧结法等。浸渍法相对而言设备比较简单,而且这种方法适用性也比较广泛。它的缺点是要经过反复多次浸渍碳化的循环才能达到密度要求
CVD法是最常用的制备C/C复合材料抗氧化涂层的方法,其主要特点是涂层的组成、厚度是可以精准控制。目前采用CVD法可在C/C复合材料的表面涂覆上SIC、Si3N4、BN、TIC等抗氧化涂层,其中以SiC、Si3N4等硅质涂层最为广泛
由于C/C复合材料耐高温、低密度及在高温下能够保持高强度这一无可替代的特点,使其在航空发动机上发挥了重要的作用。如美国LTV公司,利用C/C复合材料制造出涡轮叶片和涡轮盘整体部件,并在1760℃进行了地面超转实验通用电气公司JID验证低压涡轮部分用C/C复合材料叶片和涡轮盘整体部件,运转温度为1649℃,比其他涡轮高555℃,且不用气冷
碳纤维增强复合材料