碳纖維複合材料改性及多樣化應用案例

碳纖維複合材料+核電磁脈衝防護能力

傳統碳纖維複合材料的核電磁脈衝防護能力較差,當船舶或艦艇使用碳纖維複合材料作為輕量化電子裝備用材時,就需要克服這一效能弱點。

例如,碳纖維複合材料憑藉突出的輕量化和耐腐蝕等優勢效能,會被用於船舶或艦艇類電子裝置機箱的箱體材料,為改善該箱體的核電磁脈衝防護效能,中國電子科技集團公司第三十三研究所和電磁防護技術山西省重點實驗室的王富強、劉鵬等人利用鍍鎳碳纖維和延展金屬網作為電磁增強材料,對碳纖維複合材料進行金屬化增強。

碳纖維複合材料改性及多樣化應用案例

該實驗選用T700碳纖維增強環氧樹脂複合材料,以鍍鎳碳纖維、磁性延展網以及導電引出材料作為基材,製造出一體化結構的全碳纖維複合材料艦載電源機箱。

機箱分機身、上頂板和下頂板三個部分,上下蓋板邊緣開槽與箱體進行導電連線和水汽密封,整體尺寸為225 mm×225 mm×503 mm。與原有的拼接式金屬機箱結構相比,這種一體化成型方式使箱體避免了除蓋板之外的其它拼接縫隙,在實現減重的同時,對提升箱體的遮蔽效能有明顯作用。測試結果表明,該機箱在核電磁脈衝(HEMP) 下的防護效能超過65 dB,可以充分保證裝置的安全性和執行穩定性。

碳纖維複合材料改性及多樣化應用案例

碳纖維複合材料+耐高溫阻燃能力

當碳纖維複合材料用於軌道列車及汽車等交通領域時,就不僅需要其發揮高強度低密度的力學效能優勢,作為搭載乘客的民用類產品,它還必須滿足相關的安全防火標準。

德國DIN 5510: 2009及TB /T 3237: 2010的阻燃標準已經不能滿足目前的軌道車輛及汽車行業的乘用安全標準,該行業越來越多地選用EN45545 -2作為相關的材料測試標準。

傳統的碳纖維複合材料多以環氧樹脂為基體材料,這種材料不阻燃,不適用於以上乘用安全標準,為此,國內的碳纖維零部件製造商智上新材料科技有限公司透過對不同阻燃劑進行分析對比,測試其對樹脂體系黏度的實際影響,形成耐高溫、阻燃型複合材料新配方。經模擬測試,發現新配方至少能降低75%的熱釋放量,減少65%-78%的煙密度,極大地降低了煙霧毒性,對阻止火焰蔓延有明顯效果。而且,智上新材料的這種耐高溫阻燃型碳纖維複合材料製品,其固化後成品的孔隙率及力學效能也表現較佳。

碳纖維複合材料改性及多樣化應用案例

當越來越多的碳纖維複合材料被用於軌道交通及乘用汽車的內飾件、外飾件、主承力件或次承力件時,這種具有耐高溫和阻燃效能的碳纖維複合材料也必將受到更多關注。

碳纖維複合材料+雷擊防護能力

傳統碳纖維複合材料中的樹脂基體電阻率大,在強電流下會產生大量阻性熱從而造成材料損傷,這也是飛機用碳纖維複合材料需要解決的重點問題之一。

增強碳纖維複合材料的電導率能夠有效提升其抗雷擊防護效能,肖堯、李斌等人於《碳纖維複合材料電導率改性與抗雷擊效能》一文中提出,可以在碳纖維複合材料的樹脂基體中新增銀粉顆粒進行電導率改性,並透過有限元模擬分析發現銀粉含量對雷擊防護效能有不同的影響,實驗證明銀粉含量在碳纖維複合材料中佔比38%時效果最為理想,使其沿厚度方向的電導率提高約217倍。

碳纖維複合材料改性及多樣化應用案例

作為基體防護形式,即便碳纖維複合材料的表層遭受雷擊破壞,但裡層的防護依舊有效,即,碳纖維複合材料的每一鋪層均有雷擊防護能力。在高電流下,透過對碳纖維複合材料的基體改性不僅可以防止其表面鋪層被擊穿,引發纖維斷裂翹曲以及分層損傷,還可以大幅度降低雷擊透視損傷面積。

與金屬防護網箔、金屬保護塗層、雷電導流條、防雷擊膠膜和絕緣層防護等傳統防雷擊措施相比,這種基體改性方式在防護效果、可操作性以及後期維護等方面具有一定的優勢,有助於增加碳纖維複合材料在飛機等特定領域中的應用安全性。

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