黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

摘要

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究.和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究.结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲.黏胶丝基碳纤维的密度仅1.39g/cm3;拉伸模量很低,约50 GPa.炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60.黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16.2 MPa;其拉伸强度为46.6 MPa,弯曲强度高达95.5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa.黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6.48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2.18×10-6 /K,远高于PAN基C/C复合材料的-0.387×10-6 /K.总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料.