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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
RFI工艺具备的优点:①树脂基体便于存贮、运输、操作简便;②成形压力低,一般只需一个大气压;③模具制造与材料选择的机动性强,无需庞大的成形设备,因而投资低;④碳纤维复合材料性能优异,纤维含量高(接近70%),空隙率低(0~0.1%);⑤树脂体系挥发物质少,V0C含量符合IMO标准,更有利于环境保护
VARTM工艺与传统的RTM工艺相比,其模具成本降低(50~70)%,使用这一工艺在成型过程中有机挥发物非常少,充分满足了人们对环保的要求,并且成型适应性好,因为真空辅助,可充分消除气泡,采用这一工艺制造的单件制品的表面积可达到186m2,厚度达150mm,碳纤维质量含量可达(75~80)%
电子束固化是利用电子加速器产生的高能电子束冲击待固化树脂,电子束通过与介质的碰撞将能量在短时间内传递给介质,产生各种物理化学变化,引发树脂交联反应,从而使树脂固化
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%
沥青碳(石墨)纤维的结构和性能与沥青纤维的结构和性能密切相关,沥青纤维越细,碳纤维拉伸强度越高;纤维直径的细度和纺丝温度、压力、卷绕速度、牵伸比有关
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
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
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。
CF表面由结晶区和非结晶区组成。Fitzer和Weiss在研究CF表面处理及与环氧树脂粘接性能时描述了CF表面石墨晶格的活性点。结晶尺寸随着碳化温度的升高而增大。微晶尺寸越大,处于CF表面晶界和边缘位置的碳原子数目越少,表面活性越低,复合材料的ILSS也越低。纤维经过表面处理后,结晶组织会变小,活性点增多,表面活性增大