东丽成都复合材料一期项目投产

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国内外t700级碳纤维及其复合材料的性能

实验报告ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＲｅｐｏｒｔ
国内外Ｔ７００级碳纤维及其复合材料的性能
刘亮１，颜会全１，王芬１，连峰１，２，刘府１（１中复神鹰碳纤维有限责任公司，江苏连云港２２２０６９；
２中国复合材料集团有限公司，北京１０００３６）
摘要：分别以国产Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维与东丽Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维为基体，在相同的制备条件下制得纤维复丝及其复合材料，对比研究了两种碳纤维的复丝强度和复合材料性能。结果表明：ＳＹＴ４９碳纤维复丝拉伸强度与模量达到同级别东丽Ｔ７００级碳纤维；ＳＹＴ４９碳纤维板材拉伸、压缩、层剪和弯曲性能均要接近或优于东丽Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维复材，说明国产工业化生产碳纤维ＳＹＴ４９在一定程度上可以取代东丽同级别碳纤维。
本文在相同实验条件下制备纤维试样，分别测试了中复神鹰ＳＹＴ４９碳纤维和东丽Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维全分析特性及其复材性能，对国产的ＳＹＴ４９碳纤维与东丽Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维性能进行了对比研究；通过各个性能对比，ＳＹＴ４９碳纤维的性能已完全达到东丽Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维性能水平，这也表明我国碳纤维生产正在日益壮大，在工业应用上提供了重要的试验数据基础。
１实验部分
１１原料
Ｅ４４环氧树脂：南通星辰合成材料有限公司。三乙烯四胺：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。Ｓ５００１环氧树脂：ＷＰ－Ｓ５００１，惠柏新材料科技有限公司。东丽Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维：日本东丽。ＳＹＴ４９碳纤维：中复神鹰碳纤维有限责任公司。
１２主要设备及仪器
扫描电子显微镜：ＫＹＫＹ－２８００型扫描电子

碳纤维复合材料应用研究报告进展

碳纤维复合材料的应用研究进展姜楠＜湖北大学材料科学与工程学院，武汉430062）摘要：本文概述了碳纤维复合材料vCFRP）的性能特点和应用研究进展。

简要介绍了碳纤维复合材料在大飞机制造业，深海油气田，非织造设备等方面的应用情况，碳纤维复合材料湿热性能和抗氧化烧蚀技术的研究进展以及国内外的研究状况。

关键词：碳纤维复合材料大飞机深海油气田非织造设备湿热性能抗氧化烧蚀技术应用研究1前言碳纤维复合材料＜CFRP）自20世纪50年代面世以来就主要用于军工，航天，航空等尖端科学技术领域，其高强、高模、轻质、耐热、抗腐蚀等独特的性能使其在飞机、火箭、导弹、人造卫星等方面发挥了巨大作用。

随着CFRP材料性能的不断完善和提高，其优越的性能逐步被认可及价格的大幅度下降，使得它在民用工业上的应用逐步扩大，目前在土木建筑、纺织、石油工业、医疗机械、汽车工业等领域得到了广泛应用。

2CFRP材料的性能特点碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。

其最高强度已达7000MPa ，最高弹性模量达900GPa,而其密度约为1.8~2.1g/cm3,并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。

碳纤维由高度取向的石墨片层组成，并有明显的各向异性，沿纤维轴向，强度高、模量高，而横向性能差，其强度和模量都很低。

因此在使用时，主要应用碳纤维在轴向的高性能。

[1-2]碳纤维是黑色有光泽，柔软的细丝。

单纤维直径为5~10pm，一般以数百根至一万根碳纤维组成的束丝供使用。

由于原料和热处理工艺不同，碳纤维的品种很多。

高强度型碳纤维的密度约为 1.8g/cm3,而高模量和超高模量的碳纤维密度约为1.85~2.1g/cm3。

碳纤维具有优异的力学性能和物理化学性能。

碳纤维的另一特征是热膨胀系数小，其热膨胀系数与石墨片层取向和石墨化程度有密切的关系。

碳纤维具有优异的耐热和耐腐蚀性能。

在惰性气氛下碳纤维热稳定性好，在2000C的高温下仍能保持良好的力学性能；但在氧化氛围下超过450C碳纤维将被氧化，使其力学性能下降。

聚丙烯腈基碳纤维发展与应用

1
生产现状
国外情况
世界 P A N 基碳纤维的生产 , 在 20 世纪 60 年代起步 , 经
作者简介 : 汪家铭 ( 1949- ) , 男 , 工程师 , 1985 年毕业于四川广播电视大学机械专业 , 曾从事大型引进化肥装置设备管理和维修工作 , 1993 年后从事化工科技期刊编辑及化工情报信息工作 , 先后在国内各种公开刊物上发表过化工科技论文 180 余篇。
18
化工新型材料
第 37 卷
过 70~ 80 年代的稳定 , 90 年代的飞速发展 , 到 21 世纪仍是扩大生产的快速发展期。目前 , 世界碳纤维年产量约 4 8 万 t, PA N 基碳纤维约占各种碳纤维材料的 80% 以上 , 其中日本东丽、东邦和三菱人造丝 3 家公司占据了 70% 以上 , 其余主要的生产商还有美国 Hex cel、 Cytec、 Zoltek 公司和德国 SGL 公司及韩国泰光产业公司等。近年来 , 国外对碳纤维技术开发研究集中在提高性能、降低成本方面。日本东丽公司根据先进复合材料市场发展的需求 , 已决定逐步淘汰 T 300 类碳纤维 , 重点发展拉伸强度为 4000~ 5000M P a、价格与 T 300 基本相当的碳纤维品种 , 同时
[ 1]
。
PA N 基碳纤维因其具有的高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电性能等特点 , 在与其他纤维的竞争中发展壮大。目前世界主要 P AN 基碳纤维生产厂家的总生产能力已达到 3. 65 万 t 的规模 , 仅次于芳纶 , 跃居世界高性能纤维的第 2 位。碳纤维是军民两用新材料 , 是我国目前乃至今后相当长一段时间内鼓励优先发展的高科技纤维之一 , 也是国家迫切需要短期内突破的高新技术纤维品种。随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长 , 碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品 , 成为国内新材料产业研发的热点。

成都院2009年29个水泥工程项目投产

原一电场的内部结构件全部采用新型Ｂ９０Ｓ３结构。
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成都院２０年２个水泥工程项目投产０９９
本刊讯日前，本刊从成都建筑材料工业设计研究院有限公司（以下简称成都院）获悉：２０年成都院为国内外０９业主设计或总承包建设的水泥项目投产的达到了２个。９资料显示，这些投产的项目中，海螺水泥集团等公司的４００５００ｔ规模的为１条，天山水泥等公司的０～０／ｄ３
电场数：２ ×４电场长度：１．ｍ６２ｍ３电场高度：ｌ．２５ｍ９电场横截面积：２８１ｍ
电场风速：０８／．ｍｓ７收尘极面积１５ｍ７７３
构
进口烟气温度：正常：２０℃；最大：３０℃ ５０
（瞬时）入口粉尘浓度 ≤３Ｎ０ｇｍ／
电网平衡，如果新增电场用单相高压电源，会产生很大的不平衡电流。
３５采用上进风的进气口．
入要少，特别是冷却机电除尘器。升级改造应该尽可能地采取多种措施，如增加收尘极面积，改变振打清灰方式，选用新的电源技术等。只要这些措施
到位，旧电除尘器实现达标排放是完全可以的。
（）４原拉链机延长至第一电场，制作拉链机支撑平台。
５改造效果
ＣＣＤ预热预分解系统。ＣＣＤ预热预分解系统是成都院在一系列试验研究工作的基础上成功开发的专有技术，已形成从１００～１０ｄ００００ｔ系列设备并运用于工程项目中。该系／统具有阻力小、分解率高、对燃料适应性强、抗堵塞性能好、操作弹性大、生产可靠等一系列独特的技术特点。

低碳节能的新材料碳纤维使汽车进入轻量化新时代

一
级方程式赛车和某些超豪华品牌车辆上才能见
到。到目前为止，宝马车是 “ 第一个吃螃蟹 ”的。
即将投产的宝马 “ 大城市 ”电动汽车基本确定超采用碳纤维车身。它是专为城市交通设计的电动汽车，体现该公司对电动汽车的前瞻研究成果。为了保证该车的竞争优势，宝马下了很大力气。采用碳纤维整体车身是其主要亮点之一。了解，据 “ 大城市 ”使用的碳纤维由欧洲最大碳纤维制超造商ＳＬ集团提供，宝马与该集团建立了合资公Ｇ
白汽车诞生以来，人们就一直持续追求减轻
科学历，广东省江门材料公司，从事材料技术工程师
《塑资源利用》橡
２１．．０ＮＯ６１
车重，这既出于节能的需要，也为提高车辆稳定性的要求。在没有找到合适的材料替代汽车用钢时，人们更多时候是在优化汽车结构或提高钢材的性能。自铝车身出现了，它明显轻于钢车身，
勒公司，们的短期发展战略都包括了轻质创新他
材料的研发和降低废气排放而长期发展战略则包括混合动力火车以及电动汽车的发展规划。２０年１月份，０９１宝马宣布与德国领先碳纤维制造
商ＳＧＬ（西格里）集团成立合资公司宝马公司为其首欢实现量产的电动汽车ＭｅａｉｅｉｅｇｃｙＶｈｃｔｌ
是新一代的增强纤维，也是发展国防军工与国民经济的重要战略物资。由于具有优异性能，碳纤维具有广泛的应用前景。文章论述了碳纤维是汽车轻量化的新选择，介绍了车用碳纤维复合材料

合肥院EP项目巴西MIZU水泥厂投产

仪式结束后，集团公司马建国副总经理与业主就双方在风力发电、商品混凝土等其他领域开展
岷县签海螺１亿元新型干法水泥生产项目０
立足南疆面向全疆
争通过３年时间，打造青松化工产业规模。” ～５青松建化以参股方式涉足的电力、煤炭、新能源行业即将开花结果。甘军介绍说： “ 司与国电公
集团合资建设的库车大平滩年产２０４万吨煤矿明年底
近年来，在甘军的率领下，青松建化 “ 立足南

方资源，帮助青松建化获得哈密及乌苏的煤炭资源项目，并在其他煤炭、石油、天然气等资源项目上向青松建化倾斜。
今年４，阿拉尔青松化工一期１万吨烧碱ｌ月０２
万吨Ｐｃ目提前试车投产。甘军说： “ Ｖ项青松建化建
合肥院Ｅ项目巴西…ｚ水泥厂投产ＰＵ
合肥院Ｅ工程一巴西ＭＲＣＭＮＯ水泥公司ＰＡＥＩＥＴＳ
泥生产商Ｖｔｒｎ集团共同投资的水泥项目，厂ｏｏａｔｍｉ
址位于巴西北部ＮｔｌＨａａｎ市。ａａ４Ｂｒｕａ、
ＭＺ水泥厂日产３０吨熟料生产线于２１年５４ＩＵ０００２月２日正式投料试生产。中国建材集团公司副总经理马建国、合肥院副院长陈章水、院工程公司副总经理兼该项目的项目经理黄志远等应邀参加了庆典。该生产线是巴西最大的混凝土制造商Ｐｌｍｘｏｙｉ集

成都顺美复合材料生产项目环评公示

２０年ｌ０９０月３０日，四川省环境保护局对 “ 成
都顺美国际贸易有限公司复合材料生产项目环境影响报告书” 行了审批，依据国家环境保护总局进并《境影响评价公众参与暂行办法》环的规定，在其官
综合楼、管理用房及门卫１０．６４０８平方米，以及相关
环保、公用设施等。项目的主要生产原料是不饱和
树脂、环氧树脂、释剂及玻璃纤维，过促进剂、稀经固
化剂的作用，常压生产生成玻璃钢制品、玻璃纤维制
方网站上公示了该项目环境影响评价的有关信息。
成都顺美国际贸易有限公司拟在成都市青白江区工业集中发展区内征地６．９亩，投资９０总
（ｈｎｄｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇＣｅｇｕＵｉｅｓｔｏｅｈｏｏｙ，Ｃｅｇｕ６０５）ｙｈｎｄ１０９
ＡｂｔａｔＬＩ４，ｓａｆｉｉｎｘｒｃａｔｆｒＣｕ，ｉ一ｙｒｘ－一ｏｙａｅｈｎｎｘｍｅＴｈｎｅ－ｓｒｃ：Ｘ８１ａｎｅｆｅｔｅｔａｔｎｏ外ｃｓ２ｈｄｏｙ５ｎｎｌｃｏｐｅｏｅｏｉ．ｅｉｔｒ
机。通过节能技术改造建设新增８万吨／年合成氨、
２万吨／纯碱装置的项目，广宇化工达到合成Ｏ年使
氨１５万吨／、年纯碱和氯化铵各自为３５万吨／的年
生产能力。同时，使天然气、、水电等能耗大幅度下降，吨产品节约天然气约２０立方米，约电５００节５度，纯碱节约电２０度。该项目总投资１６３万吨０８２元，中环保投资２９元，其５５万占总投资的１，４建

结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响

浙江理工大学学报,第51卷,第1期,2024年1月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.01.008收稿日期:2022-12-09 网络出版日期:2023-07-07基金项目:国家自然科学基金面上项目(52075498);浙江理工大学科研启动基金(11152932612007)作者简介:武维莉(1990- ),女,安徽宿州人,讲师,博士,主要从事复合材料方面的研究㊂结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响武维莉,潘忠祥(浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院),杭州310018) 摘要:为了研究三维机织结构参数与复合材料力学性能之间的关系,设计织造了4种不同结构的三维机织物,包括浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结和接结纬接结+衬纬纱结构,并分别将其制备成复合材料,通过材料试验机探究所得复合材料的结构参数对拉伸㊁剪切性能的影响㊂结果表明:纤维体积分数相同时,纱线的屈曲和纱线交织结构决定了复合材料的拉伸性能及尺寸稳定性㊂经向上,浅交直联结构复合材料拉伸性能和尺寸稳定性最佳,经纱屈曲大的接结纬接结+衬纬纱结构复合材料拉伸性能和尺寸稳定性最差;纬向上,接结纬接结结构复合材料拉伸性能和离散性最差㊂对比2个方向的拉伸性能发现,复合材料的纬向拉伸性能远远优于经向拉伸性能㊂织物的交织结构决定了剪切性能及尺寸稳定性,浅交直联复合材料的结构紧密,剪切模量最大,接结纬接结复合材料的结构疏松,剪切模量最小,而剪切强度几乎呈相反的规律㊂该研究明确了纤维体积分数㊁纱线屈曲程度㊁织物交织结构等结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响,为三维机织复合材料的研究和应用提供了参考㊂关键词:三维;机织复合材料;拉伸性能;剪切性能;尺寸稳定性中图分类号:T S 195.644文献标志码:A文章编号:1673-3851(2024)01-0063-11引文格式:武维莉,潘忠祥.结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(1):63-73.R e f e r e n c e F o r m a t :W U W e i l i ,P A N Z h o n g x i a n g .T h e e f f e c t o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o n t h e t e n s i l e a n d s h e a r p r o pe r t i e s of 3D w o v e n c o m p o s i t e s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a ng S c i -T e ch U ni v e r s i t y,2024,51(1):63-73.T h e e f f e c t o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o n t h e t e n s i l e a n d s h e a r p r o p e r t i e s o f 3D w o v e n c o m po s i t e s W U W e i l i ,P A N Z h o n g x i a n g(C o l l e g e o f T e x t i l e S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g (I n t e r n a t i o n a l I n s t i t u t e o f S i l k ),Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ) A b s t r a c t :T o i n v e s t i g a t e t h e r e l a t i o n s h i p be t w e e n t h e p a r a m e t e r s of T h r e e -d i m e n s i o n a l (3D )w o v e n s t r u c t u r e s a n d t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o m po s i t e s ,f o u r s t r u c t u r e s o f 3D w o v e n f a b r i c s w e r e p r e p a r e d ,i n c l u d i n g s h a l l o w c r o s s -l i n k e d ,l a y e r -b y -l a y e r a n g l e -i n t e r l o c k ,"s t i t c h i n g we f t "w e f t k n i t t e d a n d "s t i t c h i n g w e f t "w e f t k n i t t e d +i n s e r t e d w e f t s t r u c t u r e s .T h e y w e r e p r e p a r e d i n t o c o m p o s i t e s ,a n d b yu s i n g a m a t e r i a l t e s t i n g m a c h i n e ,t h e e f f e c t s o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o n t e n s i l e a n d s h e a r p r o pe r t i e s of t h e c o m p o s i t e s w e r e e x p l o r e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t w i t h t h e s a m e f i b e r v o l u m e f r a c t i o n ,t h e y a r n c r i m p an d t h e i n t e r l a c i n g s t r u c t u r e o f y a r n s d e t e r m i n e t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y of t h e c o m p o s i t e s .I n t h e w a r p d i r e c t i o n ,t h e s h a l l o w c r o s s -l i n k e d w o v e n c o m po s i t e s e x h i b i t t h e m o s t e x c e l l e n t t e n s i l e p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y ,w h i l e t h e "s t i t c h i n g we f t "w e f t k n i t t e d+i n s e r t e d w e f t r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s w i t h l a r g e w a r p c r i m p at t a i n t h e w o r s t t e n s i l e p e r f o r m a n c e .I n t h e w e f t d i r e c t i o n ,t h e s t r u c t u r e "s t i t c h i n g w e f t "w e f t k n i t t e d r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s s t i l l e x h i b i t t h e w o r s t t e n s i l e p r o p e r t y a n d d i s c r e t e n e s s .C o m p a r i s o n o f t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s i n b o t h d i r e c t i o n s i n d i c a t e s t h a t t h e t e n s i l e p r o p e r t yo f t h e c o m p o s i t e s i n t h e w e f t d i r e c t i o n i s s u p e r i o r t o t h a t i n t h e w a r p d i r e c t i o n.T h e i n t e r l a c i n g s t r u c t u r e o f t h e f a b r i c s d e t e r m i n e s t h e s h e a r p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y.T h e s h a l l o w c r o s s-l i n k e d c o m p o s i t e s p e r f o r m t h e h i g h e s t s h e a r m o d u l u s w i t h a d e n s e s t r u c t u r e,w h i l e t h e"s t i t c h i n g w e f t"w e f t k n i t t e d c o m p o s i t e s w i t h a l o o s e r s t r u c t u r e r e s u l t i n a l o w e s t s h e a r m o d u l u s.H o w e v e r,t h e s h e a r s t r e n g t h s h o w s a n a l m o s t o p p o s i t e l a w.T h i s s t u d y c l a r i f i e s t h e e f f e c t s o f t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s s u c h a s f i b e r v o l u m e f r a c t i o n,y a r n c r i m p d e g r e e,a n d f a b r i c i n t e r l a c i n g s t r u c t u r e o n t h e t e n s i l e a n d s h e a r p r o p e r t i e s o f3D w o v e n c o m p o s i t e s,p r o v i d i n g r e f e r e n c e f o r t h e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f3D w o v e n c o m p o s i t e s.K e y w o r d s:3D;w o v e n c o m p o s i t e s;t e n s i l e p r o p e r t y;s h e a r p r o p e r t y;d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y0引言纤维增强复合材料因具有较高的比强度㊁比模量以及较好的耐疲劳和耐腐蚀特性,广泛应用于航空航天㊁船舶㊁汽车㊁建筑等领域㊂由于层间或Z向纱的增强作用,三维机织增强复合材料的层间力学性能明显优于二维结构[1-4]㊂B e h e r a等[5]发现,三维机织复合材料具有优异的抗冲击性㊁防刺穿及动态热机械性能㊂P e e r z a d a等[6]研究发现,三维机织结构中Z向纱的存在使经纬纱承担的负荷减少,提升了复合材料的整体强度和刚度㊂B r a n d t等[7]发现,Z向纱明显提高了复合材料的层间性能,其含量的增加使经纬向的拉伸强度下降,但压缩强度不受影响㊂C o x等[8]探究了三维机织复合材料的拉伸㊁压缩和弯曲性能,结果发现与二维复合材料相比,三维复合材料的面外性能增加,面内性能有所降低㊂I v a n o v等[9]认为,三维复合材料的杨氏模量与二维复合材料接近,但在45ʎ方向上,三维复合材料的最大应力㊁应变明显高于二维复合材料㊂P o t l u r i等[10]探究了三维复合材料的抗冲击性能,发现不同结构的三维复合材料的损伤面积和宽度相似,但远小于二维复合材料㊂针对不同结构的三维复合材料力学表现,国内外学者展开了相关研究㊂S a l e h等[11]研究了3种不同结构(正交结构㊁层层角联锁和角联锁结构)的三维机织复合材料的准静态拉伸性能,发现不同结构的复合材料的拉伸刚度与强度主要取决于经纱和纬纱含量,而结构类型的影响较小㊂其他学者也发现,织物结构对复合材料力学性能有重要影响㊂B e h e r a 等[5]探究了三维机织复合材料的拉伸性能,发现不同结构的材料,其拉伸强度在经向上的大小排序为三维正交结构复合材料㊁经向联锁结构复合材料㊁角联锁结构复合材料,而在纬向上则相反㊂H u a n g 等[12]测试了4种玻璃纤维三维机织复合材料的拉伸性能,包括层与层绑定的正交结构㊁完全正交结构㊁角联锁结构㊁改进的角联锁结构,发现织物结构与复合材料的拉伸强度及尺寸稳定性有很大关系㊂X u等[13]㊁D a i等[14]和J i a o等[15]探讨了织物结构对三维复合材料拉伸性能的影响,发现结构不同导致富树脂区不同,角联锁结构复合材料在经纱方向上具有较大的拉伸模量和强度㊂S t i g等[16]验证了这一观点,并且通过实验发现三维复合材料的刚度和强度随着纱线的屈曲增加呈现非线性下降,添加填充纱可以增加复合材料的力学性能㊂上述工作探究了三维机织结构复合材料与力学性能之间的关系,但是三维机织结构种类繁多,设计人员须根据使用工况选择合适的织物结构㊂然而,目前三维机织结构与力学性能之间的关系研究不够充分,影响了对其力学性能可靠性的评估㊂本文设计织造了4种不同结构的三维机织物,包括浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结和接结纬接结+衬纬纱结构,并分别将其制备成复合材料,对三维机织复合材料的拉伸性能和剪切性能进行测试,分析了织物结构参数对复合材料的拉伸和剪切性能的影响㊂本文的研究结论为三维机织复合材料的设计和应用提供了指导㊂1实验部分1.1实验材料碳纤维纱线(T70012K,纤度954.3t e x)购于日本东丽公司;环氧树脂(R T M3266)购于中航复合材料有限责任公司;多综眼多剑杆织机,自研㊂纤维和树脂的基本参数见表1㊂表1实验材料的基本参数实验材料密度/(g㊃c m-3)抗拉模量/G P a抗拉强度/M P a断裂伸长率/%碳纤维1.8023049002.1环氧树脂1.252605.0 1.2实验方法1.2.1三维织物织造本文设计了4种不同组织结构的碳纤维三维机46浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷织结构,包括浅交直联结构㊁层层角联锁结构㊁接结纬接结结构和接结纬接结+衬纬纱结构,在多综眼多剑杆织机上完成织造㊂三维织物实物照片及沿织物经向的截面结构示意图如图1所示,其中:结构示意图中绿色椭圆点代表纬纱,白色屈曲的纱线代表经纱;白色实线表示观察切面上的经纱,而虚线则表示交织着的相邻经纱㊂上机织造及织物参数见表2,织物的上机图如图2所示㊂图14种三维织物实物照片和沿经向截面结构示意图表2三维机织物的织物参数织物结构经密/(根㊃10c m-1)纬密/(根㊃10c m-1)平方米质量/(k g㊃m-2)厚度/m m浅交直联61.842.665518.51层层角联锁59.430.674638.81接结纬接结接62.857.8796810.02接结纬接结+衬纬纱60.057.4766010.62注:为了对比方便,表中经密㊁纬密指单层交织结构的纱线根数㊂而实际上三维机织结构在厚度上有多层交织结构,总的经纬密度还应该乘以交织层数㊂1.2.2复合材料的制备实验采用树脂传递模塑成型工艺(R e s i n T r a n s f e r M o l d i n g,R T M)制作复合材料,其工艺过程及原理如图3所示㊂首先在预设厚度的模具内放置三维织物,闭合模具并灌注树脂,然后在常温条件下固化,制备复合材料㊂在成型过程中,固定的模腔深度导致4种三维机织复合材料的厚度一致,复合材料的厚度均为8.30m m㊂由于织物平方米质量不同导致复合材料的纤维体积分数(F i b e r v o l u m e f r a c t i o n,V f)有所区别,4种三维复合材料的V f见表3㊂1.3测试与表征1.3.1复合材料的拉伸性能测试采用材料实验机(I n s t r o n5940,美国I n s t r o n公司)测试复合材料的经向和纬向性能,测试方法采用A S T M D3039/D3039M-08S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r T e n s i l e P r o p e r t i e s o f P o l y m e r M a t r i x C o m p o s i t e M a t e r i a l s㊂经向拉伸采用矩形长条试样,示意图如图4(a)所示㊂由于纬向纱线伸直度高,断裂失效容易发生在试样两端,因此纬向拉伸试样设计成狗骨形状,示意图如图4(b)所示㊂实验时首先调节拉伸夹具的标距,设为150m m,安装试验件,然后连接应变片和数采系统㊂为了使夹具夹紧试样,对夹具施加一定的预加张力(纬向拉伸为3k N,经向拉伸2k N),拉伸速度设定为2m m/m i n㊂每种结构测试5个样品㊂1.3.2复合材料的剪切性能测试剪切测试采用A S T M D5379/D5379M-12 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r S h e a r P r o p e r t i e s o f C o m p o s i t e M a t e r i a l s b y t h e V-N o t c h e d B e a m M e t h o d,测试试样示意图和夹具实物照片如图5所示㊂实验时把试样放置在V型切口剪切夹具内部,将夹具安装到材料试验机的压缩盘上,调节上压盘靠近夹具的压杆上,设定测试速度为2m m/m i n㊂根据测试56第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响图2 4种三维织物的织造上机图标准,在剪切应变大于5%时,试样视为破坏,测试终止㊂每种结构测试5个样品㊂1.3.3 试样编号测试前对实验试样进行系统性地编号,定义4种复合材料的经向拉伸性能(编号 -T J )和纬向拉伸性能(编号 -T W )㊁剪切性能(编号 -S),每种结构测试5个试样,其编号分别是N o .1㊁N o .2㊁N o .3㊁N o .4㊁N o .5㊂4种织物结构(浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结接㊁接结纬接结+衬纬纱)的编号分别是01㊁02㊁03㊁04㊂例如,浅交直连复合材料的经向拉伸5个试样测试编号分别是01-T J -N o .1㊁01-T J -N o .2㊁01-T J -N o .3㊁01-T J -N o .4㊁01-T J -N o .5,测试试样的具体编号见表4㊂2 结果与讨论2.1 织物结构分析本文设计织造的4种组织结构中经纬纱的交织规律不同,其中三维织物浅交直联和层层角联锁结构相似,而接结纬接结和接结纬接结+衬纬纱结构更为相似㊂相对于接结纬接结,接结纬接结+衬纬纱在纬向上又添加了额外的衬纬纱,使得纬纱含量有所增加㊂三维机织结构在厚度方向上形成多层的经纬纱交织,相比二维机织物,三维机织结构层间性能更佳,作为复合材料增强体结构具有一定的优势㊂织物的交织程度决定了结构的紧密程度,也影响了力学性能的稳定性㊂纱线交织点越多,形成的织物结构越稳定,纱线自由度小,受到载荷时材料的力学性能越稳定㊂以浅交直联结构为例,在织造打纬时,经纱每横跨两根纬纱交织形成扣锁一次,即在1㊁3㊁5列纬纱处形成紧密的交织结构,如图6所示㊂在织造2和4列纬纱时,经纱只发生上下移动形成梭口用来添加纬纱,而不会施加较大的力锁紧纱线㊂同理,对于层层角联锁结构,织造每一根纬纱都会交图3 R T M 工艺过程及原理图66浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷表3 三维机织结构复合材料的纤维体积分数V f织物结构V f /%浅交直联41.85层层角联锁48.00接结纬接结接43.44接结纬接结+衬纬纱51.13织扣紧一次,使得织物结构变得紧密㊂定义图6中1至3列的纬纱隔距为打纬交织宽度T ㊂T 越小,纱线交织次数越多,织物结构越紧密;T 越大,经纱及纬纱受到的束缚越小,织物结构越疏松㊂4种结构的打纬交织宽度的统计数据见表5㊂图4 复合材料拉伸测试试样示意图图5 复合材料剪切测试试样示意图及测试设备表4 4种三维复合材料的测试编号织物结构经向拉伸编号纬向拉伸编号剪切编号浅交直联01-T J -N o .1㊁01-T J -N o .2㊁01-T J -N o .3㊁01-T J -N o .4㊁01-T J -N o .501-T W -N o .1㊁01-T W -N o .2㊁01-T W -N o .3㊁01-T W -N o .4㊁01-T W -N o .501-S -N o .1㊁01-S -N o .2㊁01-S -N o .3㊁01-S -N o .4㊁01-S -N o .5层层角联锁02-T J -N o .1㊁02-T J -N o .2㊁02-T J -N o .3㊁02-T J -N o .4㊁02-T J -N o .502-T W -N o .1㊁02-T W -N o .2㊁02-T W -N o .3㊁02-T W -N o .4㊁02-T W -N o .502-S -N o .1㊁02-S -N o .2㊁02-S -N o .3㊁02-S -N o .4㊁02-S -N o .5接结纬接结接03-T J -N o .1㊁03-T J -N o .2㊁03-T J -N o .3㊁03-T J -N o .4㊁03-T J -N o .503-T W -N o .1㊁03-T W -N o .2㊁03-T W -N o .3㊁03-T W -N o .4㊁03-T W -N o .503-S -N o .1㊁03-S -N o .2㊁03-S -N o .3㊁03-S -N o .4㊁03-S -N o .5接结纬接结+衬纬纱04-T J -N o .1㊁04-T J -N o .2㊁04-T J -N o .3㊁04-T J -N o .4㊁04-T J -N o .504-T W -N o .1㊁04-T W -N o .2㊁04-T W -N o .3㊁04-T W -N o .4㊁04-T W -N o .504-S -N o .1㊁04-S -N o .2㊁04-S -N o .3㊁04-S -N o .4㊁04-S -N o .52.2 结构参数对三维机织复合材料的拉伸性能的影响2.2.1 经向拉伸性能三维机织复合材料的经向拉伸应力-应变曲线如图7所示㊂由图7可知:4种复合材料的拉伸应力-应变曲线表现不同,随着应变增加,浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的拉伸应力-应变呈线性关系,复合材料表现出线弹性的材料属性;而接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的拉伸应力在应变较小时呈线性增加,但是随着应变的增大,拉伸应力增长速度减缓,即拉伸模量(应力/应变)呈下降的趋势㊂分析经向拉伸离散性,发现:浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的经向拉伸一致性最好,表现为5个试样的拉伸曲线离散程度小㊂相反,接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合76第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响图6 三维机织打纬交织示意图表5 三维机织结构的打纬宽度织物结构打纬宽度/m m浅交直联2.34层层角联锁3.26接结纬接结接6.92接结纬接结+衬纬纱2.34材料的拉伸离散程度大,即尺寸稳定性不佳,这与织物交织结构有关㊂三维机织结构中的经纱由于交织作用,纱线往往呈屈曲的状态,且纱线的屈曲程度会影响拉伸方向上的力学性能㊂纱线的屈曲程度(C )可以采用式(1)计算:图7 4种三维机织复合材料的经向拉伸应力-应变曲线C =l l 0(1)其中:l 代表织物中纱线屈曲状态下的跨距长度,l 0代表纱线从织物中提取出来完全伸直的实际长度㊂图8显示了纱线屈曲形成的纱线交织方式㊂表6汇总了4种三维复合材料的拉伸性能参数及经纱屈曲情况㊂从表6可以发现,经纱屈曲会影响复合材料的拉伸模量,接结纬接结+衬纬纱结构的纱线屈曲最高,模量最低㊂但是拉伸强度与纱线屈曲之间不具有明显的规律,这可能需要同时考虑经向上的纱线含量㊂图8 纱线屈曲示意图已有研究发现,三维机织复合材料的力学性能与纤维体积分数关系很大,经纬向上的纱线含量直接影响复合材料的拉伸性能[17]㊂为了有效评估经纬向上不同含量的三维机织复合材料的拉伸性能,对复合材料的力学性能进行归一化处理,即将不同复合材料的拉伸性能统一转换经向或纬向上V f 为86浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷表64种三维复合材料的经向拉伸性能参数结构经纱屈曲拉伸模量/G P a拉伸模量C V/%拉伸强度/M P a拉伸强度C V/%经纱V f/%浅交直联1.08322.489.02311.076.1525.53层层角联锁1.15624.983.41238.926.5826.19接结纬接结接1.13922.8520.03194.876.5526.81接结纬接结+衬纬纱1.33017.3624.48175.0121.8429.5425%的等效拉伸性能㊂断裂强度和抗拉模量的归一化计算为:σ'=σVfˑ25(2)E'=E Vfˑ25(3)其中:σ'是纤维体积分数为25%时的强度,M P a;σ为未归一化转换前的强度,M P a:E'为纤维体积分数为25%时的模量,G P a;E为未归一化转换前的模量,G P a㊂图9为经纱V f归一化处理后的4种复合材料拉伸模量㊁强度与经纱屈曲的关系㊂由图7可知,经纱屈曲程度会影响复合材料的拉伸性能,当经纱V f 统一为25%后,经纱屈曲程度越高,三维复合材料经向拉伸性能越差㊂三维机织结构复合材料的经向拉伸模量和强度整体上呈现相似的规律,大小排序为浅交直联结构复合材料㊁层层角联锁结构复合材料㊁接结纬接结结构复合材料㊁接结纬接结+衬纬纱结构复合材料㊂当经纱含量相同时,浅交直联结构复合材料的纱线屈曲最小(C=1.083),拉伸时经纱更容易发挥轴向上的力学优势,纱线强度利用率高,导致模量和强度达到最佳状态㊂接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的经纱屈曲最大(C=1.330),受力时经纱强度利用率低,拉伸性能最差,且离散值最大㊂浅交直联结构复合材料的拉伸离散度较小,尺寸稳定性好,这与经纱交织宽度相关㊂由表6的数据可知,浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的交织宽度最小,分别是2.34m m和3.26m m㊂较小的纱线交织宽度导致在织造打纬时受到的打纬力更大,纱线的交织次数更多,织物结构更紧密,导致复合材料的拉伸离散性更小㊂相反,接结纬接结接结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的交织宽度较大,分别为6.92m m和8.55m m,导致织物结构不够紧密,拉伸模量和强度离散性大[18]㊂图10为V f归一化后,4种机织结构复合材料经向上的拉伸模量衰减情况,衰减速率大小排序为接结纬接结+衬纬纱相近㊁接结纬接结㊁层层角联图9归一化处理后4种机织结构复合材料的经向拉伸模量和强度(V f=25%)锁㊁浅交直联,这与经纱的屈曲状态和经纬纱的交织情况有关㊂伸直的纱线对拉伸性能的贡献大于屈曲的纱线[19],纱线屈曲明显的结构,如接结纬接结+衬纬纱结构复合材料和接结纬接结结构复合材料,无法充分发挥纤维的力学优势,受拉时屈曲的纱线有伸直的趋势;当拉伸载荷增加,经纱试图伸直造成树脂剪切破坏[20],导致复合材料的失效,从而模量发生明显的衰减㊂浅交直联结构复合材料由于经纱屈曲小,拉伸时纱线伸直变形小,且经纬纱交织结构紧密,失效前拉伸模量一直保持稳定不变㊂图104种机织结构复合材料经向拉伸模量随拉伸应变的变化曲线(V f=25%) 2.2.2纬向拉伸性能三维机织复合材料的纬向拉伸应力-应变曲线如图11所示㊂与经向拉伸曲线有所不同,4种复合材料纬向的拉伸应力-应变曲线均呈线性特征,表现出了线弹性的属性㊂由于织造时的打纬运动,纬纱在织物中几乎处于伸直状态[19],在纬向拉伸时,复96第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响合材料主要的变形来自于纬纱的拉伸和伸长,因此拉伸曲线呈线性特征㊂相比经向拉伸行为,4种结构复合材料的5个试样的纬向拉伸离散程度较小,拉伸曲线一致性好㊂其中,浅交直联结构复合材料的纬向试样拉伸离散性最小,接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的离散性最大㊂与经向拉伸行为相似,这主要与织物结构有关㊂图11 4种机织结构复合材料的纬向拉伸应力-应变曲线表7汇总了复合材料纬向上的拉伸性能,可以发现纬纱的屈曲程度远远小于经纱,与经纱的屈曲规律相同,纬纱的屈曲从小到大的顺序为:浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结接㊁接结纬接结+衬纬纱㊂拉伸性能同时受到纬纱含量的影响,因此对纬纱含量进行归一化后,从而对比纬向上的拉伸性能㊂表7 4种三维复合材料的纬向拉伸性能参数织物结构纬纱屈曲拉伸模量/G P a拉伸模量C V /%拉伸强度/M P a 拉伸强度C V /%纬纱V f/%浅交直联1.00430.004.07489.772.9116.33层层角联锁1.00543.804.48629.772.2621.82接结纬接结接1.00927.147.83411.6215.8820.31接结纬接结+衬纬纱1.01247.228.59726.672.5421.58图12为V f 统一为25%后的纬向拉伸模量㊁强度㊂由图12可知:当V f 相同时,4种结构复合材料的纬向上的拉伸模量㊁强度呈现相似的规律,从大到小的顺序为:接结纬接结+衬纬纱结构复合材料㊁层层角联锁结构复合材料㊁浅交直联结构复合材料㊁接结纬接结结构复合材料㊂与经向拉伸相同,浅交直联结构复合材料和层层角联锁复合材料的纬向拉伸性能依然优于接结纬接结结构复合材料,表明这两种材料具有结构上的优势㊂浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的纬纱屈曲小,且纱线交织宽度小导致交织次数多,织物结构紧密,对纬纱的束缚张力大,纬向拉伸离散小㊂而接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的经纬纱交织点少,纱线之间束缚少㊁自由度大,织物结构疏松,导致纬向上的拉伸性能离散性大㊂2.2.3 经向和纬向拉伸性能对比图13对比了4种复合材料在经㊁纬方向上的拉伸性能㊂由图13可知,V f 归一化后,经向上的拉伸模量和强度明显低于纬向,这是由于纬纱伸直程度高于经纱,受拉时纬纱能承受较大的载荷㊂经纱由于屈曲大,不利于发挥碳纤维的力学优势,导致经向上的拉伸模量较低㊂当拉伸载荷增加时,经纱有从7浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷图12归一化处理后4种结构复合材料纬向拉伸模量和强度(V f=25%)屈曲到伸直的趋势,但是此过程会导致纱线周围的树脂受到挤压,造成剪切破坏,从而引起整个试样迅速失效,因此经向上的拉伸强度均低于纬向㊂2.3结构参数对三维机织复合材料剪切性能的影响本文对4种三维机织复合材料的剪切性能进行分析,剪切应力-应变曲线如图14所示㊂由图14可知,4种复合材料的剪切曲线相似,初始受剪时,复合材料的应力-应变曲线呈线弹性属性,剪切应力随着应变的增加呈线性增加;随着载荷的增加,应力-图134种机织结构复合材料经㊁纬向的拉伸性能对比(V f=25%)图144种机织结构复合材料剪切应力-应变曲线17第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响应变曲线进入非线性阶段,剪切应力继续增大但增长速度下降,即剪切刚度下降,直至强度达到最大后试样失效㊂复合材料施加剪切载荷时,当剪切力较小时,材料中的纱线和树脂同时受力,由于树脂模量远低于碳纤维,树脂首先发生变形㊂纱线受剪切力后由屈曲状态伸直,交织处的经纬纱逐渐锁紧,当载荷持续增大,锁结处的纱线摩擦力增大直至无法承受载荷,此时交织的纱线发生滑移㊁抽拔㊁断裂㊂树脂的断裂伸长率大,碳纤维断裂前树脂还未发生破坏,但是树脂强度远低于碳纤维,碳纤维断裂后树脂迅速破坏,最后整个复合材料试样失效[21]㊂图15显示了4种复合材料的剪切性能及离散情况㊂由图15可知,V f 相同时,浅交直联结构复合材料的剪切模量最大,接结纬接结结构复合材料的剪切模量最小,而剪切强度几乎呈相反的规律㊂浅交直联结构复合材料的结构紧密,受剪切时复合材料不易发生变形,剪切模量最大,但这导致在纱线交织处容易形成应力集中,试样失效早[22],剪切强度小㊂接结纬接结结构复合材料由于经纬纱的交织少㊁结构疏松,受剪切时结构容易发生变形,剪切模量小,但是疏松的结构不易形成应力集中,剪切失效发生晚,因此剪切强度最大㊂图15 归一化处理后4种复合材料剪切模量和强度(V f =25%)与拉伸性能相似,接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的剪切离散值最大,尺寸稳定性最差,而浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的剪切离散性最小,这与织物结构中是纱线交织情况有关㊂接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料中纱线交织宽度大,交织点少,纱线自由度大,受剪切时材料的失效位置具有较大的不确定性,离散度大;而浅交直联结构复合材料和层层角联锁复合材料的结构交织较为紧密㊁稳定,受剪切时离散性最小㊂3 结论为了研究三维机织结构参数与复合材料力学性能之间的关系,本文设计制备了4种不同结构的三维机织复合材料,测试分析了复合材料的拉伸性能(经向和纬向)和剪切性能,所得主要结论如下:a)纤维体积分数㊁纱线屈曲和纱线交织程度决定了三维复合材料的拉伸和剪切性能㊂V f 相同时,纱线屈曲导致拉伸性能下降,而交织结构紧密会改善拉伸性能和离散性㊂b )经向拉伸时,4种结构复合材料的拉伸响应和曲线离散性不同,但拉伸模量和强度呈现相同的规律,大小排序为浅交直联结构复合材料㊁层层角联锁结构复合材料㊁接结纬接结结构复合材料㊁接结纬接结+衬纬纱结构复合材料㊂纬向拉伸时,4种结构复合材料的拉伸应力-应变曲线呈线弹性,且离散值小,这与纬纱屈曲小有关,同时纬向上的拉伸性能远远优于经向㊂不管是经向还是纬向上,浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的拉伸性能和离散性较小,而接结纬接结结构复合材料的拉伸性能最差,说明此结构不具有优势㊂c )4种复合材料的剪切应力-应变曲线呈非线性的特征㊂织物中经纬纱的交织结构决定了剪切性能及离散性,其中浅交直联复合材料的结构紧密,剪切模量最大,接结纬接结复合材料的结构疏松,剪切模量最小,而剪切强度几乎呈相反的规律㊂此研究明确了结构参数对三维机织复合材料的拉伸性能和剪切性能的影响,对三维织物的结构设计和力学性能优化有一定的指导作用,为将来三维机织复合材料的工程化应用提供借鉴和参考㊂参考文献:[1]杨彩云,李嘉禄,陈利,等.树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究[J ].航空材料学报,2006,26(5):51-55.[2]L i M R ,W a n g P,B o u s s u F ,e t a l .A r e v i e w o n t h e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e o f t h r e e -d i m e n s i o n a l w a r pi n t e r l o c k w o v e n f a b r i c s a s r e i n f o r c e m e n t i n c o m po s i t e s [J ].J o u r n a l o f I n d u s t r i a l T e x t i l e s ,2022,51(7):1009-1058.[3]D a h a l e M ,N e a l e G ,L u pi c i n i R ,e t a l .E f f e c t o f w e a v e p a r a m e t e r s o n t h e m e c h a n i c a l p r o pe r t i e s of 3D w o v e ng l a s s c o m p o s i t e s [J ].C o m po s i t e S t r u c t u r e s ,2019,223:27浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷。

高导热C_C复合材料的发展现状_孔清

收稿日期：2013－11－22基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划），“高导热碳/碳复合材料结构设计与实现机制”（2011CB605802）作者简介：孔清，1986年出生，硕士，主要从事C /C 复合材料的研究工作。

E －mail ：kongq703@163．com 通讯作者：冯志海，1965年出生，研究员，主要从事烧蚀防热复合材料的研究．E －mail ：fengzhh2006@sina．com高导热C /C 复合材料的发展现状孔清樊桢余立琼冯志海（航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076）文摘高导热C /C 复合材料具有高热导率、低密度、低热胀系数和高温下高强度等性能，成为近年来最具发展前景的散热材料之一。

本文综述了国内外高导热C /C 复合材料的发展现状，分析了C /C 复合材料的热物理性能及影响其热导率的因素，介绍了C /C 复合材料的导热机理、碳纤维、基体炭的导热性能，以及高导热C /C 复合材料的制备和改性等。

关键词C /C 复合材料，热导率，碳纤维，导热机理中图分类号：TQ342+．74DOI ：10．3969/j．issn．1007－2330．2014．01．002Progress of High-Thermal Conductivity Carbon /Carbon CompositesKONG QingFAN ZhenYU LiqiongFENG Zhihai（Science and Technology on Advanced Functional Composites Laboratory ，Aerospace Ｒesearch Institute ofMaterials ＆Processing Technology ，Beijing 100076）Abstract Carbon /carbon composites are attractive candidates for heat dissipation due to their high thermal con-ductivity ，low density ，low dilatability and excellent mechanical properties．The paper summaries the research anddevelopment of high-thermal conductive C /C composites domestic and overseas ，the thermophysical properties of C /Ccomposites and the factors affecting on thermal conductivity are discussed．The thermal conductive mechanism of C /Ccomposites ，carbon fibers and matrix carbon are introduced ，and the preparation and modification of C /C composites are also recommended．Key words C /C composites ，Thermal conductivity ，Carbon fiber ，Thermal conductive mechanism 0引言随着科学技术的迅猛发展，散热成为许多领域发展的关键技术。

国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要

--]诺贝尔学术资源网->材料资源->《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向[打印本页]登录->注册->回复主题->发表主题romanceliu2008-01-15 17:37查看完整版本: [-- 《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向一.国外情况1996年世界碳纤维生产能力15000t,实际产量约10000t左右,其中日本约占60%。

日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发,东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业,它们都在积极扩展碳纤维生产,继续加强其在世界市场上的主导地位,并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制,碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。

随着航空航天飞行器各项性能的不断提高,对结构件用材料的性能要求也越来越高。

今后日本先进复合材料的发展方向是:在增强材料方面,进一步提高碳纤维的强度和模量,降低成本;在树脂基体方面,主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性;在复合材料成型技术方面,进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术,从而同时提高复合材料性能降低制造成本。

美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维40%以上的市场在美国。

美国199 6年碳纤维生产能力约为4500t,其中卓尔泰克(ZOLT E K公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线,1997年的总生产能力达3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。

它的产品有许多特色,最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。

该公司生产的碳纤维价格已降至17.64$/kg,而日本东丽同类产品大约30$/kg。

在应用方面,美国摩里逊(Morison公司为达纳(Dcna公司生产汽车传动轴,供通用汽车公司用;采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件,与钢材料相比,可减重60%。

日本东丽株式会社向德国CFRP部件厂商投资

化已成为当务之急，故正式采用ＣＦＰＲ部件的时机
日渐高涨。在高级汽车领域中，正式普及ＣＦＲＰ
我国中复神鹰有限公司千吨级碳纤维生产线年前投产
我国中复神鹰有限公司产能ｌ０ａ０ｔ的碳纤维０／
成型技术的创新正在谋求着，可适应产量１００００
中心协作开发推进 “于夕／一Ｔ７０，．０ ”的应
用。
迄今为止的汽车外用ＣＦ部件，以前的制ＲＰ
造方法是采用预浸料成型方法。虽然能够生产，但成型时问较长，成本也高。生产数量少，市场售价非常贵，仅限于生产超级赛车。然而汽车厂商近年来作为对应环境保护问题，要使车体轻量
（ｄａｃｄＣｍｏｉｎｉｅｉｇＧＨ）签约投ＡｖｎｅｏｓｅＥｇｎｒｍｂｔｅｎ
资（资比例占２投１％）。在汽车领域里，先行采用ＣＲ部件的欧洲行业，就地动手开发生产。将ＦＰ来的目标期待飞跃成长中的汽车用ＣＦＰＲ部件事业正式扩大。ＡＣＥ公司在２０年设立，开发、生产和销售０１高级汽车及卡车等使用的ＣＦＰＲ部件。该公司从汽车使用的ＣＲ部件的设计和成型加工为主，在模ＦＰ具制造及机加工方面，具有很高的技术，获得来自欧洲主要汽车厂商的高度评价。
这次所开发的新品级 “于夕，一Ｔ７０，－０ ”，在纤维制造方面，改善了热拉伸工艺过程，成功地使其同树脂的粘接性提高。当受到冲击破坏

化工新型材料

中国最大的反渗透膜项目将在京开工建设中国蓝星(集团)股份有限公司与日本东丽公司合资年产13万支反渗透膜项目签字仪式日前在日本东京举行。

该项目将在北京建设，是目前国内最大的水处理膜项目，预计2010年4月投产，总投资额约5.3亿元，主要生产苦咸水膜、海水膜、抗污染膜等反渗透膜产品。

我国是一个缺水国家，全国600多个城市目前大约有一半的城市缺水，而水污染使缺水形势显得更为严峻，各种水处理技术正在承担着中国水环境治理和废水资源化的重要任务。

膜技术凭借其高效、低能耗、过程简单、操作方便、不污染环境、便于放大、便于与其它技术集成等突出优点，成为推动产业发展、改善人类生存环境、提高人们生活质量的共性技术。

目前，我国能生产的反渗透膜品种少、质量稳定，产品性能仍逊于国外同类产品先进水平；海水型、耐温型、高通量型、抗污染型及超低压型等一批反渗透复合膜还不能生产或性能低劣。

膜工业的发展已经远远落后于巨大的市场需求。

国内的水处理工程主要采用进口膜元件，成本非常高。

中国蓝星和日本东丽的合资项目建成后将改变中国膜市场98%以上依赖国外进口的局面，同时通过引进日本东丽公司成熟的反渗透膜技术，将为国内的水处理工程提供高性能的膜元件，为解决我们国内水污染处理问题，提高水资源的利用率、缓解水资源压力等方面作出贡献。

（蓝星集团）东丽在欧洲建立碳纤维增强塑料研发基地东丽株式会社(T or ay In du st ri es ,Inc.)日前宣布决定在欧洲建立一个碳纤维增强塑料的研发基地，此举旨在扩大其在汽车部门的业务。

东丽在2008年12月将参股ACE A dv a nced Com p o si te En gin eeri n g Gmb H-先进的复合材料制造商(投资比例为:21%)，从事欧洲本地区的碳纤维增强塑料的研发和生产。

采取碳纤维增强塑料技术在汽车行业是远远领先的，东丽旨在实现大幅度扩张其汽车相化工新型材料相关的关键科学问题，包括纳米技术增加难溶性药物的水溶性及作用机理、纳米技术改善难溶性药物功效的体内过程和生物安全性等。

汽车轻量化材料迎接新挑战

和耐腐蚀性能也大幅增强。汽车的车身都是由不同强度的
钢板拼焊在一起的，不同强度等级的钢板用于受力环境不同
Байду номын сангаас
的位置。出于安全性考虑，一些受力条件比较苛刻，又不能使用粗厚钢板的位置（如防撞梁和一些加强部位）大都使用
高强度的钢材。
容易成型，成型后又具有相当的强度。因此，这种新型汽车用钢将会使汽车更加安全。
塑料模块化设计与应用技术、形变铝合金零件开发和以整车减重为目标的多种轻量化技术集成应用等汽车轻量化关键
技术。新型材料不断涌现
目前，车用钢板的厚度已经降到了０．６ａｍ。分析师罗百ｒ辉表示，这可能已经到了钢板厚度的极限，钢板再薄就算其自身强度再高，也失去了很多材料本身的结构稳定性。现在
复合材料仍需时日
９
材质，并在部分汽车零部件中启用了玻纤增强塑料，还把部
分钢制发动机部件也更换为塑料部件。
美元（来源：慧聪塑料网）
帝斯曼早在１９６３年开始对华贸易，并于上世纪９０年代初在中国建立了首个销售代表处和首个生产场地。帝斯曼
更多信息敬请登录中国复合材料（ｗｗｗ．ｆｒｐ．ｃｎ）！
东丽成复合槭：一硕投产
ＰＢＴ、ＰＰＳ复合树脂材料等，年均生产能力可达１．１万吨，供
应给西部地区的汽车和家电行业。

先进产能投产加速化纤行业转型升级

４４ｌ化Ｊ彳拜２０１３年ｏ７Ｎ
发经验。中国纺科院研究开发中心深批中小企业敏锐抓住了市场的动向与的大型化纤企业将功能型差异化纤将有力助推加工研究室主任潘菊芳说，当时研发需求，依靠创新与研发，在功能性与差维更大规模的产业化，
性得到了释放。
在２０１１年启动时，作能。有资料显示，２０１３～２０１４年期间，业化技术开发”
已经积累了３～４年的同类产品的研
近日，总投资２００亿元的恒力（南我国至少有４００万吨大装置聚酯系列为参与者之一的中国纺织科学研究院通）纺织新材料产业园一期项目投产、产品项目将逐步投产。
装、仓储的自动化功能，大大提升了产
有专家指出，化纤领域的许多新
列 “ 精挑细选 ” ，市场对于化纤行业提品质量，降低了人工成本。而在工艺技术经过多年研发与积累已经成熟，
出了更高的要求。细分市场、精耕细作上，盛元项目目前已投产的生产线成特别是熔体直接纺关键技术的进步，
的初衷就是想针对我国巨大的聚酯产异化方面做出了成绩。
能，做出差异化的产品，提高聚酯行业的竞争力。据了解，在去年整个纺织行业形势严峻的情况下，上海德福伦的咖

天津市东丽区人民政府关于印发东丽区2020年政府工作报告的通知

天津市东丽区人民政府关于印发东丽区2020年政府工作报告的通知文章属性•【制定机关】天津市东丽区人民政府•【公布日期】2020.01.23•【字号】东丽政发〔2020〕2号•【施行日期】2020.01.23•【效力等级】地方规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】机关工作正文东丽区人民政府关于印发东丽区2020年政府工作报告的通知各街道办事处，各委、办、局，各直属单位：《东丽区2020年政府工作报告》已经区第十七届人民代表大会第七次会议审议通过，现印发给你们，请认真抓好贯彻落实。

2020年1月23日政府工作报告——2020年1月5日在区第十七届人民代表大会第七次会议上区长谢元各位代表：现在，我代表区人民政府向大会报告工作，请予审议，并请区政协委员和其他列席人员提出意见。

一、2019年工作回顾过去一年，面对严峻复杂的宏观经济形势和艰巨繁重的改革发展任务，我们坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，坚决贯彻落实党中央、国务院和市委、市政府的决策部署，在区委领导下，团结依靠全区人民，攻坚克难、砥砺奋进，在绿色高质量发展新征程上取得了新成绩。

预计地区生产总值增长4%，增幅环城四区排名第一；一般公共预算收入63.2亿元，在大幅减税降费的情况下增长2.4%；居民人均可支配收入增长7.1%。

经济稳中有进、稳中向好的态势不断巩固。

（一）经济发展在转型升级中积蓄动能产业结构调整优化。

工业经济质量提升，规上工业增加值率提高1.1个百分点，战略性新兴产业、高技术产业产值增速分别高于全部工业增速1.4和3.4个百分点，天钢集团成功重组，各项经济技术指标大幅提升，释放出巨大的生机活力，钢管集团完成混改。

服务业各行业全面实现正增长，现代物流业对服务业增加值贡献率达20%，中汽研、英大商务等龙头技术服务业企业营业收入和利润均大幅增长。

服务业增加值增长7.5%，占比达56%，比上年提高2个百分点。

创新动能加快聚集。

在全市率先实施高新技术企业倍增计划，新增国家高新技术企业113家、增长51%，超过前两年新增数量总和，总数达326家。

化工新型材料

化工新型材料作者：暂无来源：《新材料产业》 2018年第7期东丽计划扩产PPS 复合材料东丽实业将提高其聚苯硫醚( P P S )复合材料生产能力，力争在2018财年占据全球30%市场份额。

东丽主要在日本和韩国生产PP S树脂，两地产能共计27 600t/a，PPS复合材料则安排在日本、中国、韩国、泰国和美国等地生产，在匈牙利新建的3000t / a复材生产设施将于6月投入运行。

东丽下一步计划提高日本本土的P P S复合材料产能，比如在名古屋工厂新增加一条年产能3 000t的生产线，预计2019年底投入运营。

P P S复合材料需求日益增加，其应用包括混合动力汽车机械部件、风力发电和光伏发电机以及铁路电源模块及连接器等。

东丽实业表示，如果一切按计划进行，东丽将在世界P P S复合材料市场占据主导地位，份额将超30%。

配合这一发展战略，今年，东丽完成收购荷兰Ten C a t e 先进材料公司，这是全球最大的热塑性预浸料生产商。

（中国化工报）深圳清华大学研究院新型海水淡化膜材料问世中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究人员近日利用不同纳米碳材料的复合策略，开发出新型三维太阳光驱动海水淡化膜材料，其光热转化效率超过93%。

该工作为3D光热膜的开发设计提供了实验基础，有望推动太阳光驱动海水淡化技术的快速发展。

受收集声波耳廓结构的启发，并借鉴太阳灶结构，研究人员设计了具有宏观尺寸的3D空心锥形光热膜，其光热转化效率超过93%，超过了常见2D平面膜水蒸发速率的极限值。

对胶州湾实际海水的测试表明，3D空心锥形光热膜不仅表现出较好的稳定性，同时其蒸发效率是自然蒸发的3.5倍。

在蒸发过程中盐会在锥形卷筒上层析出，不会覆盖整个光热膜，这不仅有助于盐的富集回收，同时可保持光热性能的稳定。

详细研究表明，3D空心锥形光热膜超高光热蒸发性能主要通过3方面实现，一是特定的几何外形可以将光线限域在锥形卷筒内部，通过光的多步反射，实现光热卷筒对太阳光的高效吸收，平均吸光率超过99% ;二是3D空心锥形卷筒既无需借助额外的隔热材料减少水体中的热流失，也不需要借助其他材料进行水的传导，而是通过改变卷筒在水中的高度，调控与水的接触面积减少热量流失，实现理想的蒸发界面限域加热;三是3D光热锥形卷筒结构的设计使实际蒸发面积不同于太阳光的辐照面积，显著增大实际蒸发面积。

【企业焦点】重磅来袭！东丽美国复合材料公司扩大T1100碳纤维规模，产能有望实现翻番

【企业焦点】重磅来袭！东丽美国复合材料公司扩大T1100碳纤维规模，产能有望实现翻番10月6日，全球领先的碳纤维和先进复合材料制造商——东丽复合材料美国公司（T oray Composite Materials America Inc.，TCMA）宣布对其位于美国阿拉巴马州迪凯特的碳纤维工厂进行重大升级。

总额为1500万美元的投资将使高性能TORAYCA™ T1100型碳纤维的生产能力翻一番，并增加临界冗余。

升级计划于2023年4月开始，同年9月完成。

位于美国阿拉巴马州迪凯特的碳纤维工程俯视图此次升级是为了应对美国日益增长的国防应用需求，显著提高了Torayca T1100下一代中间模量+碳纤维的可用性并缩短了交付周期。

根据TCMA公司介绍，该型碳纤维材料是美国国防部（ Department of Defense，DOD）多款武器系统的关键组件，以及未来垂直升降（Future Vertical Lift，FVL）平台的结构应用（详细实例可以参考阅读"东丽美国T1100/3960预浸料将用于Overair电动垂直起降飞机的机身和推进系统"）。

TCMA公司总裁Dennis Frett表示：“我们非常高兴在迪凯特工厂为我们的国防客户增加产能和灵活性。

我们不仅在尽自己的力量努力加强国家的工业基础和当前政府的美国制造优先事项，而且还在加强我国国内先进材料技术的能力。

”东丽是美国最大的碳纤维生产商之一，拥有完整的供应链。

迪凯特工厂拥有从前体前驱体纤维（PAN原丝）到碳纤维的生产线，是日本东丽三大制造工厂之一。

该公司在华盛顿州塔科马市和南卡罗来纳州斯巴坦堡市有其他工厂，生产前驱体、碳纤维和预浸料。

东丽碳纤维复合材料的综合产品组合已经为航空航天和国防、工业和汽车领域的客户提供了30多年的支持。

关于T1100型碳纤维2014年3月，日本东丽公司利用传统的PAN溶液纺丝技术，精细控制碳化过程，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构，通过对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制，成功开发出拉伸强度6.6GPa、拉伸模量324GPa的T orayca T1100G碳纤维及其预浸料。