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碳纤维复合材料开启新应用的“金钥匙”

2021-07-15 14:39:12 szjhbx 2

距离2022年北京冬奥会倒计时一周年活动上,一款碳纤维火炬令人瞩目,这款被命名为“飞扬”的北京冬奥会和冬残奥会火炬外壳采用了耐高温碳纤维材料,其中的火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主。

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据主办方工作人员介绍,这款火炬完美诠释了“轻、固、美”的特点。首先,碳纤维复合材料与相同体积的铝合金比,至少要轻五分之一,可以减轻火炬手的负担;其次,因为碳纤维复合材料具有高强度、耐腐蚀、耐疲劳、使用寿命长等特点,比金属火炬更“坚固”可靠;再者,碳纤维复合材料拥有多种应用形式,材料铺放具有可设计性,此款火炬采用的是三维立体编织成型技术,形成了具有复杂形状的优美整体。


值得一提的是,该材料还使此款火炬能耐受高于800℃的氢气燃烧温度。

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随着碳纤维复合材料的性能优势得到越来越多的重视,不同的行业对其提出了更高的应用需求。例如,航空飞机、轨道交通、汽车制造这一类交通运输工具,迫切需要通过碳纤维复合材料取代传统金属,实现轻量化和低碳环保的目标。又如,工业机械设备也在积极利用碳纤维复合材料的特殊优势,实现高效率、低能耗的产业升级。


但是,普通的环氧树脂基碳纤维复合材料不能耐受过高的工作温度,这也是碳纤维复合材料在很多特定行业的应用瓶颈。

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为此将碳纤维复合材料的“耐高温”和“阻燃性”作为研发的重点课题,通过与树脂厂商及高校研发团队的紧密合作,一方面对碳纤维复合材料进行改性实验,添加具有“耐高温”和“阻燃”效能的溶剂,并辅以特殊的制备方法,使采用这类碳纤维复合材料制作而成的零部件产品能够在高于300℃的工作环境中正常使用,经过强化的耐高温碳纤维复合材料甚至能够经受高达1000℃的短暂高温作业,可以满足航天军工等特殊行业的特定需求。


另一方面,还投入了大量的资金和科研力量,攻克了高性能热塑性树脂基与连续碳纤维之间的熔融难题,以PPS、PEEK、PA6等这类高性能工程塑料作为基体,汲取增强体和树脂基体两方面的优势,形成“耐高温”、“耐磨”性能更强的热塑性碳纤维复合材料,为工业发展与设备升级提供新的材料选择。

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当然,复合材料的魅力与优势在于其无穷无尽的可变化性和可设计性,关于耐高温碳纤维复合材料,必须根据客户的实际需求和具体的应用环境对复合材料的组成与比例进行调整,在制品的成型和制造过程中,任何一个细节化的技术参数都可能对成品的性能产生重要影响。因此,“耐高温”绝不是一个简单的性能特征,它仅仅是碳纤维复合材料走向更广阔应用领域的先决条件之一。


文章来源:新材料日报


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