宁波材料所碳开发出两款超薄高模量碳纤维预浸料产品
来源：宁波材料所 2024-01-24 16:02:35
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-287-14045.html 近日，中国科学院宁波材料所碳纤维及其复合材料团队通过对高强高模碳纤维预浸料用胶膜工艺、高强高模碳纤维展纱技术、预浸料复合含浸工艺等系统性研究，成功开发出两款超薄高模量碳纤维预浸料产品，分别为0.03mm（面积重量35g/m2）CNI QM40（M40J级）高模碳纤维预浸料以及0.08mm （面积重量91.2g/ m2）CNI QM55（M55J级）高模量碳纤维预浸料。两款产品已经实现量产。
宁波材料所CNIQM55（M55J级）高模量碳纤维超薄预浸料
薄层碳纤维预浸料背景介绍
半个多世纪以来，纤维增强聚合物复合材料已在各种工程结构中获得了广泛的应用。在一些高性能应用中，这些复合材料通常由预浸有树脂的增强纤维或织物的层压层组成。与传统金属等结构材料相比，这可以实现可定制的材料性能、优化的机械性能和轻量化。
近年来，碳纤维增强聚合物（CFRP）已成为航空航天工业的关键材料，比如波音787和空客A350 XWB的机身分别由50%和53%的CFRP组成。虽然层压复合材料结构的使用在持续增长，但它们仍然受到诸如分层和微裂纹等过早失效模式的困扰，这是航空航天结构所重点关注的焦点之一。
薄层复合材料层压板出现于20世纪90年代后期，其主要目的是克服CFRP层压板的损伤容限问题而开发的，但后来这种薄层复合材料也拓宽了层压板复合材料的设计空间。
薄层可以广义地定义为厚度<100μm（0.1mm），面积重量<100 g/m2；而典型的碳纤维薄层厚度为20-60μm（0.02-0.06mm），面积重量 20-60 g/m2，而标准层的厚度通常约为125μm（0.125mm），面积重量125 g/m2或更高。
国外超薄高模量碳纤维预浸料进展
在国外一项研究中，使用日本东丽M40J高模量碳纤维和环氧树脂基体为原料，制备了不同层厚（30g/m2、100g/m2和300g/m2纤维面重）的碳纤维增强环氧树脂复合材料，研究了层厚对薄层和准各向同性层压板极限强度和损伤开始的影响，结果显示：在纵向压缩强度上，较薄层试样由于更均匀的微观结构而显示出一些优势。
而准各向同性[45°/90°/-45°/0°]层压板的单轴拉伸、开孔压缩和开孔拉伸疲劳试验表明，当降低层厚度时，损伤发生率和极限强度有了非常显著的改善。这些性能改进可能与薄层复合材料中横向裂纹和分层生长的系统延迟或近乎抑制引起的层压板损伤进展和失效模式的重大变化有关。
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