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碳纤维复合材料研究

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碳纤维复合材料研究

      本课题组紧紧围绕复合材料的界面和微纳米尺度增强增韧这两个基本科学问题开展研究,提出了碳纤维复合材料的“双表面双界面相”理论,和以树脂基体的化学官能团结合为主的界面相容设计思想,建立了纳米纤维层间增韧增强碳纤维复合材料的新方法,发展了以表面功能化碳纳米管的多尺度增强增韧碳纤维树脂基复合材料的新途径。本课题组结合复合材料在航空航天领域的应用和发展,发明了系列化的环氧树脂基体和航天碳纤维复合材料大型构件高耐热高强韧预浸料的制备技术,并以缠绕、拉挤以及液体成型技术创制了碳纤维复合材料气瓶、XX 壳体、XX线轴、连续抽油杆以及轻量化汽车件等产品工程,实现了在航天和民用领域的规模应用。

       碳纤维虽然是战略原材料,但是必须以复合材料实现其结构强度、功能一体化的新材料特点。结构复合材料中以树脂基复合材料为最大,按照碳纤维产业链:预浸料是用量最大的中间体,占约60%的用量。预浸料是热固性或热塑性树脂基体在严格控制的工艺条件下浸渍连续纤维或织物,制成树脂基体与增强体的组合物。胶膜压延法是目前广泛采用的方法, 是生产预浸料的第一选择。该法一般包括制膜和预浸两个步骤。先用胶膜机制备树脂胶膜, 随后通过预浸机将胶膜和增强材料均匀复合一起(如图1,2所示)。

图1. 涂膜工艺示意图

图2. 预浸工艺示意图

图3. 预浸料生产线及预浸料产品示意图