【CN109824906A】一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910166561.1

(22)申请日 2019.03.06

(71)申请人 福建立亚化学有限公司

地址 362804 福建省泉州市泉港区南埔镇

仑埔路以北与施厝路以西交叉处

(72)发明人 贺卫东　郑桦　庄佳慧　张和生　

(74)专利代理机构 北京立成智业专利代理事务

所(普通合伙) 11310

代理人 张厚山

(51)Int.Cl.

C08G 77/60(2006.01)

D01F 9/10(2006.01)

(54)发明名称一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法，将聚二甲基硅烷投入至裂解釜中，打开裂解釜真空阀，开启真空泵，当抽真空至-0.08～-0.09Mpa后关闭裂解釜真空阀，打开裂解釜氮气阀通入氮气，使裂解釜内压力为0.04Mpa，对其保压20～24小时；将裂解釜抽真空至＜-0.09Mpa后，开启裂解釜的搅拌装置和加热装置，当裂解釜内温度加热至200℃时，保温1～3小时，使裂解釜中的聚二甲基硅烷在高温低压下持续搅拌，用于去除聚二甲基硅烷的残余溶剂，再升温进行裂解，再转移到合成釜在高温高压下进行合成得到聚碳硅烷。本发明制得的聚碳硅烷所含的分子链线性好，分子链上的分枝较少，且较少交叉，粘度适中，纺丝性好；本发明制得的聚碳硅烷的分子量适中为800～1300，

最具可纺性。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 109824906 A 2019.05.31

C N 109824906

A

权　利　要　求　书1/1页CN 109824906 A

1.一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法，其特征在于：所述原料为聚二甲基硅烷；所述设备包括带加热装置和搅拌装置的裂解釜、带搅拌装置和加热装置的合成釜、回流罐、中间液体接收罐、缓冲罐、真空泵和残液接收罐和以及成品接收罐，所述氮气通过管道经裂解釜氮气阀与裂解釜相连接，所述氮气通过管道经合成釜氮气进气阀与合成釜相连接，所述合成釜通过管道经回流阀与回流罐相连接，所述中间液体接收罐通过管道经底阀与合成釜相连接，所述合成釜的上方连接有一恒压阀，所述合成釜与缓冲罐之间连接有一过滤器,所述裂解釜与中间液体接收罐之间、所述合成釜与回流罐之间分别连接有一冷凝器，所述裂解釜通过管道经裂解釜真空阀与真空泵相连接，所述残液接收罐与裂解釜之间通过管道相连接，所述成品接收罐通过管道与缓冲罐相连接；

所述工艺流程为：

1)将聚二甲基硅烷投入至裂解釜中，打开裂解釜真空阀，开启真空泵抽真空，当抽真空至-0.08～-0.09Mpa后关闭裂解釜真空阀，打开裂解釜氮气阀通入氮气，使裂解釜内压力为0.04Mpa，对其保压20～24小时；紧接着，将裂解釜抽真空至＜-0.09Mpa后，开启裂解釜的搅拌装置和加热装置，当裂解釜内温度加热至200℃时，保温1～3小时，使裂解釜中的聚二甲基硅烷在高温低压下持续搅拌，用于去除聚二甲基硅烷的残余溶剂；

2)关闭裂解釜真空阀、关闭真空泵，打开裂解釜氮气阀通入氮气，使裂解釜内压力为0.02Mpa后关闭裂解釜氮气阀，打开用于将裂解釜内的压力排出的裂解釜尾气阀，当裂解釜内的压力排空后，打开裂解釜氮气阀，裂解釜中裂解充分产生的气体经冷凝器冷凝，采出到中间液体接收罐中，裂解釜中裂解不充分的液体排入到残液接收罐中，在此过程中，需要每20min记录中间液体接收罐的液位，当中间液体接收罐的三次记录值一样时，关闭裂解釜的加热装置和搅拌装置，将中间液体接收罐收集的液体排入至合成釜中；

3)打开合成釜氮气进气阀通入氮气，将合成釜内的压力调到0.5Mpa时，关闭合成釜氮气进气阀，保持合成釜内的压力为0.5Mpa，紧接着，开启合成釜的搅拌装置和加热装置，合成釜内温度控制在320～350℃，开启回流阀，当合成釜内的温度升温至400℃时，保温2～3小时，后关闭回流阀；

4)当合成釜内的温度升温至460～490℃，保温5～8小时，后将合成釜内的液体经过滤器排入到缓冲罐中，再排入成品接收罐中，待聚碳硅烷高温流体料在成品接收罐中冷却48小时后取料，即获得聚碳硅烷成品。

2.据权利要求1所述的一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，氮气的流速为500L/h。

3.据权利要求1所述的一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，在记录中间液体接收罐的液位的过程中，裂解釜内的加热装置需将裂解釜内的温度加热至380～390℃。

4.据权利要求1所述的一种纺丝级聚碳硅烷先驱体材料的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，当在合成釜通入氮气后压力不足0.5Mpa时，需要打开合成釜氮气进气阀使合成釜内的压力保持在0.5Mpa，等待5min后，打开恒压阀，以使合成釜内的压力保持在0.46～0.55Mpa。

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(整理)CC复合材料的制备及方法.

C/C复合材料的制备及方法 地点：山西大同大学炭研究所 时间：5.31——6.3 学习内容： 一、C/C复合材料简述 C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。 优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，具有一定的化学惰性，高温形状稳定，升华温度高，烧蚀凹陷低，在高温条件下的强度和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。 缺点：非轴向力学性能差，破坏应变低，空洞含量高，纤维与基体结合差，抗氧化性能差，制造加工周期长，设计方法复杂。 二、C/C复合材料的成型技术 化学气相沉积法 气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。 技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。 影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。 工艺方法：温度梯度法 温度梯度法 工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。接近

感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。 温度梯度法的设备如下图：

三、预制体的制备 碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。 二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯 三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭 四、C/C的基体的获得 C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。 热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。 浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂 五、预制体和碳基体的复合 碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。 渗碳方法：化学气相沉积法。 基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。 化学气相沉积法制备工艺流程： 碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。 六、碳碳复合材料的机械加工和检测 可以用一般石墨材料的机械加工方法，对C/C制品进行加工。对C/C

金属基复合材料的制备方法

金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介 (1)定义：金属基复合材料是以金属或合金为基体，以高性能的第二相为增强体的复合材料。它是一类以金属或合金为基体, 以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物, 其共同点是具有连续的金属基体。 (2)分类：按增强体类型分为：1.颗粒增强复合材料；2.层状复合材料；3.纤维增强复合材料 按基体类型分为：1.铝基复合材料；2.镍基复合材料；3.钛基复合材料；4.镁基复合材料 按用途分为：1.结构复合材料；2.功能复合材料 （3）性能特征：金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。综合归纳金属基复合材料有以下性能特点。 A．高比强度、比模量 B. 良好的导热、导电性能 C．热膨胀系数小、尺寸稳定性好 D．良好的高温性能和耐磨性

碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡

第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

复合材料实验6 预浸料制备及检验

实验六预浸料制备及质量检验 一、实验目的 1、掌握预浸料的制备方法。 2、掌握预浸料的质量检验方法。 二、实验内容 1、预浸料的制备。 2、预浸料挥发分含量测定。 3、预浸料中不可溶性树脂含量测定。 4、固化后的树脂固化度比较。 三、实验原理 预浸料是复合材料工艺过程中一种非常重要的阶段材料。预浸料的“质量”对最终复合材料制品的质量有极大影响。所谓预浸料质量就是指预浸料的本征性能，这些能够表征复合材料预浸料性能的主要指标是挥发分、树脂含量、不可溶性树脂含量、凝胶时间和树脂流动度等。它们绝大多数都与树脂相关。预浸料中树脂交联反应程度较高。树脂分子变得很大，则该预浸料在模压时就不易流动，会造成制品形状缺陷；如果树脂交联反应程度低，则刚加热时树脂流动性太大，在升温加压时。树脂流失过多，使制品产生树脂不足现象。因此，预浸料的质量检测就是测量预浸料中树脂的状态。树脂的状态直接与预浸工艺参数相关，质量检测又可反馈去选定最佳的工艺条件。 表征预浸料质量所采用的几个物理量是我国复合材料工作者在长期工作中筛选出来的能较好反映预浸料后续生产制品质量的几个指标，且属于工程性质。挥发分含量依树脂品种不同而不同，而且处理条件规定也有差异。“已固化”复合材料不是预浸料，将这一方法编放在本实验中的原因是因为它与预浸料树脂含量和不可溶树脂含量有关联。 四、实验材料及仪器 树脂及固化剂、增强玻璃纤维、乙醇、丙酮、金属托盘、电子天平、烘箱、马福炉、坩埚、表面皿、脱模剂、硬度计。 五、实验步骤 1、预浸料的制备

（１）配置不饱和聚酯树脂胶液（含胶量６０％～６５％），取一定量的玻璃长纤维将其剪成20mm~40mm的短纤维（如是玻璃布可剪成20mm×20mm的碎布片）在托盘内混合，又称捏合。 （２）戴上乳胶手套在托盘内揉搓，使玻璃纤维充分浸润，然后将纤维捞出晾干。 （３）将已疏松的浸上树脂的乱纤维摊在钢盘中于８０℃温度烘３０min，即可达到不发粘。 （４）将预浸料装塑料口袋封严待用。 （5）也可以做成SMC：注意在胶液中加入适量增稠剂，然后在两层脱模纸中压成片状。再进行处理。 2、预浸料挥发分含量测定 〔1）取出预浸料。弃去最外层部分进行取样; （2）预浸料按不同位置各取取祥4g- 5g。 （3) 准确称其质量W1，精确到0.0005g; （4）将试样放于涂有脱模剂的钢盘中，置于烘箱中在135℃下处理15分钟。 (5) 取出在干燥器中冷却至室温，称其质量W2, 精确到0.0005g； (6) 挥发分V按下式计算: 计算算术平均值，取三位有效数字。 3、预浸料不可溶树脂含量测定 （1）按本实验中测定预浸料挥发分含量的取样方法取样。 （2）迅速称量试样质量w1。 （3）按乙醇：丙酮-1:1配混合溶剂600g，分成三杯。 （4）取试样放入第一杯中浸泡溶解3min，并可轻轻摇动帮助溶解。 （5）用干净不锈钢镊子将样品移入第二杯中浸泡溶解3min。 （6）用上述方法将试样移入第三杯中漂洗4min，取出放入干净表面皿中，在180℃下烘15min，除去表面附着的溶剂和渗入不可溶树脂中的溶剂。 （7）取出放入干燥器中冷却至室温，迅速称量残余试样W2。

碳碳复合材料论文

碳／碳复合材料 概述 C／C复合材料是指以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料。作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类，既可以用短切纤维，也可以用连续长纤维及编织物。各种类型的碳纤维都可用于C／C复合材料的增强体。碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热解形成的固体碳。C／C 复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员，具有密度低、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最好的材料。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。 C／C复合材料的致密化工艺 C／C复合材料的制备工艺主要有两种方法：化学气相法(CVD 或CVl)和液相浸渍一碳化法。前者是以有机低分子气体为前驱体，后者是以热塑性树脂(石油沥青、煤沥青、中间相沥青)或热固性树脂(呋喃、糠醛、酚醛树脂)为基体前驱体，这些原料在高温下发生一系列复杂化学变化而转化为基体碳。为了得到更好的致密化效果，通常将化学气相法和液相浸渍一碳化法进行复合致密化，得到具有理想密度的C／C复合材料。 1、化学气相法

化学气相法(cVD或cVI)是直接在坯体孔内沉积碳，以达到填孔和增密的目的。沉碳易石墨化，且与纤维之间的物理兼容性好，而且不会像浸渍法那样在再碳化时产生收缩，而这种方法的物理机械陛能比较好。但在cVD过程中，如果碳在坯体表面沉积就会阻止气体向内部孔的扩散。对于表面沉积的碳应用机械的方法除去，再进行新一轮沉积。对于厚制品，CVD法也存在着一定的困难，而且这种方法的周期也很长。 2、液相浸渍法一碳化法 液相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，所以液相浸渍法是制备C／C复合材料的一个重要方法。它是将碳纤维制成的预成型体浸入液态的浸渍剂中，通过加压使浸渍剂充分渗入到预成型体的空隙中，再通过固化、碳化、石墨化等一系列过程的循环，最终得到C／C复合材料。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。液相浸渍法中浸渍剂的组成和结构十分重要，它不仅影响致密化效率，而且也影响制品的机械性能和物理性能。提高浸渍剂碳化收率，降低浸渍剂的黏度一直是液相浸渍法制备C／C复合材料所要解 决的重点课题之一。浸渍剂的高黏度和低碳化收率是目前C／C 复合材料成本较高的重要原因之一。提高浸渍剂的性能不仅能提高C／C复合材料的生产效率，降低其成本，也可提高C／C复合材料的各种性能。C／C复合材料的抗氧化处理碳纤维在空气中，于360℃开始氧化，石墨纤维要略好于碳纤维，其开始氧化的温度

碳纤维及其复合材料的发展和应用(精)

·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人

金属基复合材料的制备方法

金属基复合材料的制备方 法 Newly compiled on November 23, 2020

金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介

碳纤维复合材料应用研究报告Word版

碳纤维复合材料应用研究报告 摘要：本文对碳纤维复合材料的应用进行了综述，介绍了目前碳纤维复合材料的优异性能、国内外发展现状及趋势及在其所应用领域中的发展前景。同时，也指出了碳纤维复合材料在应用和发展中所存在的问题，并给出了解决这些问题的对策及建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用前景 1 前言 碳纤维复合材料是以碳纤维为增强体与树脂、陶瓷及金属等基体复合而成的结构材料。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90% 以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维除了具有十分优异的力学性能外，碳纤维还具有低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、穿透性高等优良性能[1]。基于此，到目前为止，用碳纤维与其他基体复合而成的先进基复合材料是目前用得最多，也是最重要的一种结构复合材料。 碳纤维复合材料与金属材料或其他工程材料相比有许多优良的性能，如表1-1所示[2]： 表1-1 各材料性能比较 通过比较可知，（1）碳纤维复合材料比强度是钢SAE1010（冷轧）的近20倍，是铝6061-T6 的近10倍；其比模量则超过这些钢和铝材的3倍。因此其具有高的比强度和比模量。（2）大多数碳纤维复合材料可通过设计增强纤维的取向及用量来对结构材料的性能实行剪裁，达到性能最佳。（3）碳纤维复合材料密度低，质量轻，能有效减轻构件重量。除此之外，碳纤维复合材料还有多选择性成型工艺、良好的耐疲劳性能及良好的抗腐蚀性等。

由于碳纤维复合材料具有优于其他材料的性能，世界各国都在大力发展碳纤维复合材料。2013年碳纤维复合材料总产值147亿美元，其中CFRP产值94亿美元，约占64%。碳纤维复合材料的需求7.2万t，2020年预计需求量将达14.6万t（图1-1），2010—2020年全球碳纤维复合材料年均增长率都将超过11%[3][4]。 2016、2020年的需求量为预测值。 图1-1 2011—2020年全球碳纤维和碳纤维复合材料的需求量 其中，欧洲的碳纤维复合材料需求占全球市场的40 %，美国占25 %，中国占20 %，其他国家与地区的碳纤维复合材料占市场份额在15 %上下。其中中国市场对碳纤维的需求每年也在逐步增加，中国碳纤维复合材料市场需求如图1-2所示： 图1-2 中国碳纤维复合材料市场需求 2015年，碳纤维制造商日本帝人公司扩大碳纤维复合材料合作领域，其目标是将他们

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

碳纤维及复合材料的种类、制备和应用

碳纤维及复合材料的种类、制备及应用 杨晨材研0906 （北京化工大学材料学院，100029） 摘要：本文主要陈述总结了复合材料及其碳纤维的种类、制备及应用方面的相关知识。 关键词：碳纤维；复合材料；种类；制备；应用 1.复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。具有比强度高，比模量高，剪切强度和剪切模量高，高温性能高，耐热性高等特性广泛应用于各个领域。 1.1种类 复合材料按其性能高低可分为常用复合材料和先进复合材料；根据其用途可分为结构复合材料和功能复合材料；按照复合方式可分为宏观复合材料和微观复合材料。根据不同增强体形式可分为纤维复合材料、颗粒复合材料、片材复合材料和叠层复合材料。还有，可以根据基体材料的不同细分为：聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料。本文主要以基体材料的细分方式介绍复合材料的制备及其应用。 其生产流程见图1.1。 图1.1 复合材料制品的生产流程图 1.2聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是聚合物或俗称树脂作为基体与粒状、片状、纤维状填充组分作为增强体的复合材料。按基体的不同还可以分成热固性树脂基、热塑性树脂基和橡胶基。

1.2.1制备 其主要制备方法有：预浸料、手糊成型工艺、喷射成型、袋压成型、模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、熔融流动成型、增强反应注射成型和树脂传递模塑。 1.2.2应用 聚合物基复合材料在建筑、化学、交通运输、机械电器、电子工业及医疗、国防、航天航空及火箭等领域都有广泛应用。如手糊成型制得的广播卫星抛物面天线、太阳能电池帆板；纤维缠绕成型可制得雷达罩、火箭发动机壳、压力容器；模压成型制得的整体浴室和汽车保险杠等等。 1.3金属基复合材料 金属基复合材料是以金属、合金和金属间化合物为基体，以无机纤维和金属间化合物等为增强体，通过浸渗、固结工艺制成的复合材料。根据其基体的种类可细分为轻金属基、高熔点金属基和金属间化合物基。 1.3.1制备 金属基复合材料的主要制备工艺方法有：固相法、液相法和原位复合法。固相法主要有粉末冶金、固态热压法、热等静压法；液态法主要有真空压力浸渍法、挤压铸造法；原位复合法主要包括共晶合金定向凝固、直接金属氧化物法、反应生成法。 1.3.2应用 金属基复合材料主要可应用于航天、航空、汽车、医疗、体育用品等领域。如航天飞机中段主机身的B/Al关键桁架、臂状支柱；齿轮；高尔夫球杆击球头及各种支架等等。 1.4无机非金属基复合材料 无机非金属复合材料主要有陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和碳基复合材料。 1.4.1陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料是以陶瓷材料为基体，并以陶瓷、碳纤维和难熔金属的纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体，通过适当的复合工艺所构成的复合材料。主要可细分为高温陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料和玻璃陶瓷基复合材料。 其制备工艺主要有：粉末冶金法(颗粒）、浆体法（液体法）、热压烧结法、液态浸渍法、直接氧化法、溶胶-凝胶法、化学气相浸渍法（CVI）、先驱体转化和反应熔融浸渗（RMI）等。 陶瓷基复合材料可应用于切削工具方面及航空航天领域的研究。如刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强炭化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。

碳_碳复合材料的性能和应用进展

碳/碳复合材料的性能和应用进展 康 永1,柴秀娟2 (1 陕西金泰氯碱化工有限公司技术中心,陕西榆林,718100; 2 陕西金泰氯碱化工有限公司,陕西榆林,718100) 摘要:碳/碳(C/C)复合材料是以碳为基体,碳纤维增强的复合材料,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能,既可作为结构材料承载重荷,又可作为功能材料发挥作用。同时,碳/碳(C/C)复合材料是一种能在超高温条件下工作的高温结构材料,所以在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文综述了碳/碳(C/C)复合材料的制备相应力学、热学性能,化学性能和其在各领域的应用进展。 关键词:碳/碳复合材料;石墨化度;性能;应用 中图分类号:TQ31 The R esearch Progress on the Carbon/Carbon Co m posites Properties and Applications KANG Yong1,C HA I X i u j u an2 (1The Research C enter of Shanx i Ji n tai Chlor-alkaliChe m ica lCo LTD.,Yuli n718100,Shanx,i China;2Shanx i Ji n ta iCh l o r a l k ali Che m ical Co LTD.Yu lin718100,Shanx,i China) A bstract:C arbon/Carbon co m posites wh ich is reinforced by carbon fiber bases on carbon m atr i x.It has a ser i e s of excellent perfor m ance,such as h i g h specific strength,h i g h specific m odu l u s,high te m perature resistance, corrosion resistance,fati g ue to lerance,creep resistance,e lectrical conductiv ity,heat transfer and s m a ll expan si o n coeffic ien.t So it can not on ly be a structura lm aterial beari n g heavy loads,but a lso play a ro l e as functi o na l m aterials.M ean w h ile,Carbon/C ar bon(C/C)co m posites exh i b it excellent structura l properties at e l e vated te m per atures,and are consi d ered as the m ost pr o m i s ing candida te m ateria ls for h i g h te m perature applicati o ns such as in a viati o n and space fli g ht i n dustries. K ey words:C arbon/Carbon co m posites;graph itization degree;properti e s;app li c ations 碳/碳复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料,以碳为基体,通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。碳/碳复合材料在高温热处理之后碳元素含量高于99%,故该材料具有密度低,耐高温,抗腐蚀,热冲击性能好,耐酸、碱、盐,耐摩擦磨损等一系列优异性能。此外,碳/碳复合材料的室温强度可以保持到2500 ,对热应力不敏感,抗烧蚀性能好。故该复合材料具有出色的机械特性,既可作为结构材料承载重荷,又可作为功能材料发挥作用,适于各种高温用途使用[1]。 碳/碳复合材料在树脂基复合材料,金属基复合材料,碳/碳复合材料以及陶瓷基复合材料四大类复合材料中就其研究与应用水平来说,仅次于树脂基复合材料,优先于其他类复合材料,已经全面走向工程应用阶段[2]。C/C复合材料是一种多相非均质混合物。这种材料的力学性能、热物理性能及摩擦磨损性能与材料的碳结构密切相关[3 5]。石墨化度是C/C复合材料最重要的结构参数之一,通过调整、控制C/C复合材料各组元及整体的石墨化状态、程度,可以赋予C/C复合材料不同的综合性能,满足不同的使用要求[6 9]。因此,石墨化研究是C/C复合材料研究的一个非常重要的 38 康 永等 碳/碳复合材料的性能和应用进展 收稿日期:2010 06 12

碳纤维复合材料的特性与应用现状

碳纤维复合材料的特性与应用现状 摘要：本文主要阐述了碳纤维复合材料的独特的力学，耐腐蚀性，界面结合强度，吸波性等优良性能，进一步总结了碳纤维复合材料的应用领域的研究,最后指出了碳纤维复合材料未来发展的趋势并对其发展与应用前景进行了展望。 关键词：碳纤维复合材料性能应用 前言 碳纤维(Carbon fiber，简称CF)是含碳量高于90%的无机高分子纤维，是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，也是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。作为优异的增强体，高性能碳纤维的加入能大幅提高材料的强度、模量、阻尼、减振性能、低热膨胀导电导热性好系数等优异性能，碳纤维增强复合材料(CFRP)是目前最先进的复合材料之一，在风力发电[1]、航空航天[2,3]、汽车[4]、建筑[5-7]、计算机[8]、空间光学结构[9]等领域有诸多的应用，逐渐成为现代高新技术领域最有应用前景的一种复合材料。 1碳纤维增强复合材料的特性 碳纤维增强复合材料(CFRP)由于与传统材料相比具有独特的力学性能，电阻特性，耐磨损性，界面结合强度，吸波性等优良性能，在国内引起了广大科研工作者的兴趣和喜好，并在近今年取得了很多成就。 1.1强度 金属材料在外载荷的作用下抵抗塑形变形和断裂的能力称为强度。根据受力种类的不同分为以下几种：(1)抗压强度--材料承受压力的能力；(2)抗拉强度--材料承受拉力的能力；(3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力；(4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力。本文将进行简单的阐述。 1.1.1抗拉强度

由连续增强碳纤维和树脂基体组成的复合材料-碳纤维增强复合材料（CFR P）与传统加固材料相比，CFRP具有抗拉强度高、自重轻、施工方便等优点[10]。 罗小萍等[11]对炭纤维进行了表面化学镀镍处理，采用粉末冶金热挤压法将镀层炭纤维与镁基体复合，当炭纤维含量为4.0%的镁基预制体采用压制压力为42 0MPa，烧结温度为550℃，保温0.5h后，480℃用280 MPa的压力进行热挤压得到镀层炭纤维/镁基复合材料的抗拉强度达167MPa，同时硬度、屈服强度分别为120MPa，125MPa。 1.1.2弯曲强度 艾娇艳等[12]将碳纤维增强聚碳酸酯(PC)与玻璃纤维增强聚碳酸酯(PC)复合材料性能对比进行了研究，发现碳纤维增强PC在机械性能、电性能和加工性等方面有明显的提高。随着碳纤维含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势。 龚伟平等[13]采用溶胶-凝胶法在炭纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过球磨混合均匀、热压烧结制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料，用三点弯曲法测试复合材料的弯曲强度。结果表明，球磨时间影响羟基磷灰石中炭纤维的长度及其分布，球磨时间以2.5 h为宜。表面涂层TiO2的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度比未涂层的高，尤以用丙酮除胶、盐酸与水量比例为1.0:8进行TiO2涂层，得到的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度最高。在炭纤维表面均匀涂覆一层厚度合适TiO2薄膜有利于提高炭纤维增强羟基磷灰石复合材料的力学性能。 1.1.3抗压强度 项东虎等[14]采用直碳纤维和螺旋碳纤维增强PTFE 复合材料，发现直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势，螺旋碳纤维增强复合材料的硬度则缓慢提高，两种纤维均可使抗压强度提高，且螺旋碳纤维的效果更为明显。1.2断裂韧性 高弹性模量的碳纤维对材料既能增强，又可显著增韧。碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高界面断裂韧性[15]；在水泥砂浆中掺入碳纤维可显著提高水泥砂浆的断裂韧度和断裂能，且随着碳纤维掺量的增加，断裂韧度和断裂能随之增大[6]，水泥基材料的密度和弹性模量降低、泊松比也随之增加[16]；采用碳纤维填充改善聚四氟乙烯( PTFE)，大大改善了纯PTFE 的塑

碳纤维复合材料的应用

开发指南 精细化工原料及中间体2012年第6期 1前言 碳纤维复合材料自20世纪50年代面世以来，以其独特的性能，主要用于火箭、航天、航空等尖端科学技术，随着碳纤维复合材料性能的不断完善和提高，目前在土木建筑、石油工业、汽车工业、体育器材等领域得到广泛应用。 2碳纤维复合材料的性能 碳纤维是由碳元素组成的特种纤维，其含碳量一般在90%以上。在纤维增强材料中碳纤维是发展最迅速、应用范围很广、适于不同领域要求的纤维材料。 碳纤维材料基本性能如下：密度小、质量轻，密度为1.5～2g/cm 3，相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2；强度、弹性模量高，其强度比钢大4～5倍，弹性回复100％；具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ·cm -1，高强度纤维为1500μΩ· cm -1；耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不 融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓HCl 、H 3PO 4、H 2SO 4 等侵蚀。 3碳纤维复合材料的应用3.1土木建筑领域的应用 水泥在土木建材领域中用量最大，但水泥也有诸如脆性大、抗拉强度低等缺点，而现在用混凝土或水泥做基体制成的碳纤维增强复合材料，强度高、模量大、比重小、耐碱腐蚀，克服了水泥的缺点，在土木建筑应用中日益受到重视。用碳纤维取代钢筋，可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用，使建筑构件重量减轻，安装施工方便，缩短建筑工期[1]。 碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。日本、欧美国家将碳纤维复合材料片用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物[2]，此外在增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上都获得了较大的应用。 3.2航空航天领域的应用 航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载 Application of Carbon Fiber Composite Materials CHEN Shijie （ChangZhou LGJ Vocational Technology College ，Changzhou 213004,china ） Abstract:The properties of carbon fiber composites and the development and application of carbon fiber composites in Bridge reinforcement,Aerospace and Aviation industry,oil industry were presented in this paper. Keywords:carbon fiber;composites;application 碳纤维复合材料的应用 陈士杰 （常州刘国钧高等职业技术学校江苏常州213004） 摘要：本文概述了碳纤维复合材料的发展和性能，简要介绍了碳纤维复合材料在土木工程、航空航天、石油工业等方面的应用情况。 关键词：碳纤维 复合材料 应用 20--

碳纤维复合材料的应用与机械加工

碳纤维复合材料的应用与加工 1 应用领域 目前，碳纤维广泛用于民用，军用，工业，航天以及超级跑车领域。 图碳纤维复合材料不同领域所占比例 国外将碳纤维复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。 由于碳纤维增强复合材料不但是轻质高强的结构材料，还具有隐身的重要功能，能有效地吸收雷达波，美国已用来制造最新型的隐形轰炸机。美国的P-22 超音速飞机的主要结构就是采用了中等模量的碳纤维增强的特种工程塑料。幻影III战斗机的减速降落伞盖和弹射的弹射装置也由这种材料制成。碳纤维已成功地用于飞机的肋条、蒙皮及一些连接件、紧固件等雷达波的吸收件。战斧式巡航导弹壳体、B-2隐型轰炸机的机身基材，F117A隐型飞机的局部也都采用了碳纤维改性的高分子吸波材料。 图美国B-2隐身轰炸机（机身基材） 图幻影III战斗机（减速降落伞盖和弹射装置） 图美F117A隐身轰炸机（肋条及蒙皮等） 英国ICI公司用碳纤维复合材料生产战斗机上的阀门，使飞机阀门在很宽的温度范围内与燃料长期接触也能保持其性能和形状的稳定；其它国家的飞机F/A-18、RAH-66、A330 / A340、B77、Y-22上面也都采用了这种材质来制造机翼、蒙皮、主承力结构、中央冀盒、地板、尾冀、设备箱体及结构件。 在民用领域，飞机25%重量的部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强材料(CFRP)。这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。 2 加工特点 碳纤维复合材料一般以叠合制成多层板使用，通常有两种复合形式，一种是碳纤维在基体中呈同向排列，即每层的纤维方向相同，通常称这种复合材料为单向纤维复合材料；一种