定向碳纖維制備技術
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
定向碳纖維制備技術的實例教程
碳纖維(CF)擁有沿一維(1D)方向的高導熱系數為1100 W/(mK)，被認為是制造高性能TIM的有前途的填料。然而，CF的導熱性是各向異性的，并且有報道稱，瀝青基的CF沿軸向的導熱系數大于1100 W/(mK)但沿徑向小于10 W/(mK)。隨機填充CFs制備的TIM沒有很好的導熱表現。
考慮各向異性CF的導熱性，取向是一種有效的策略要獲得高導熱性，目前定向的技術包括化學氣相沉積生長，磁場，三維(3D)打印，冷凍干燥，靜電紡絲和應力誘導等已經發展起來。然而，甚至在定向之后導熱系數仍然不理想，這可能是由于使用CF作為單獨的填料未能形成有效的熱傳導網絡。進一步添加額外的填充物是一種有效的策略。然而，大多數定向技術高度依賴于特定的儀器，難以大規模制備。因此開發出適合大規模生產的定向技術是非常重要的。
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成果掠影
近期，河北工業大學鄧齊波教授，天津理工大學趙云峰教授和蘇州泰吉諾新材料有限公司李兆強團隊聯合在制備具有高導熱率的復合材料取得新進展。
文中提出了一種用各種定向CF制備TIM的簡便方法，這種方法的靈感來自于一個簡單的“搟餅”過程。本研究首次制備了聚二甲基硅氧烷(PDMS)/短碳纖維(SCFs)/Al球形顆粒(PDMS/SCFs/Al)復合材料。不依賴于任何特定的儀器，利用便利的“搟餅”方法，將SCFs分別排列成水平(0?)，傾斜(45?)和垂直(90?)方向。
結果表明，垂直取向的SCFs與Al球形顆粒形成了有效的導熱-三維(3D)網絡，平面內測得的導熱系數高達10.46 W/(mK)，而通過穩態法測得的面內導熱系數為6.23 W/(mK)。
展開 分 類
（1）單向預浸料（UD）：
（2）織物預浸料：
① 平紋：鋪覆性能差；纖維彎曲率高。
② 緞紋：鋪覆性能好；纖維彎曲率低。
③ 斜紋：鋪覆性能中等；纖維彎曲率中等。
④ 無彎曲織物（多軸布）：鋪覆性能中等；纖維無彎曲。
碳纖維預浸料制備工藝：
溶劑型工藝：
只適用于制備織物預浸料
兩步法熱熔型預浸料工藝路線
a. 樹脂膜制備
b.含浸
一步法熱熔型預浸料制備工藝
熱熔法工藝是生產碳纖維預浸料的主流工藝，對于一步法和二步法生產工藝而言，其比較如下：
國內90%流行兩步法。
展開 碳纖維金字塔點陣夾芯結構的制備模具有限元分析
在實驗過程中，模具需要加緊，力的大小會對模具產生影響，可能會造成傷害，在制造模具前，對模具進行有限元的分析是必要的，然后進行合理的改進，節約時間和金錢，我們取一個芯子的單胞進行受力分析，受力情況相同。
金字塔點陣夾芯結構（如圖1所示），其中，在設計模具的過程中，單胞芯子模具采用可拆分式，把單胞模具拆成3部分，方便脫模，但這里為了體現單胞芯子模具的真實效果，做成一體式，（如圖2所示）計算的效果是一樣的。
圖1 碳纖維金字塔點陣夾芯結構
圖2 金字塔點陣夾芯的芯子的單胞模具
把模型導入simsolid中，給定容差值，在芯子模具的前后表面添加固支約束，在上下左右表面添加垂直表面的載荷1000N,附屬性為結構鋼。（如圖3所示）
圖3 添加了邊界條件和載荷的單胞芯子模具
提交作業，分析計算結果（如圖4），可以看出，位移云圖中間部分的位移值最大，當載荷很大時，中間部分的變形相比其他的地方變形量大，造成試件的尺寸誤差。應對中間部分進行優化，可削減兩邊非主要表面和其他結構的接觸面積，增大兩邊的應力，達到近似相同的位移，來提高試件的精度。
總體來說，simsolid的對設計的前期來說效率很高，節約了大量時間，對于復雜的結構更是非常的有優勢。
圖4 單胞芯子模具的位移云圖
展開 ② 緞紋：鋪覆性能好；纖維彎曲率低。
③ 斜紋：鋪覆性能中等；纖維彎曲率中等。
④ 無彎曲織物（多軸布）：鋪覆性能中等；纖維無彎曲。
碳纖維預浸料制備工藝：
溶劑型工藝：
只適用于制備織物預浸料
兩步法熱熔型預浸料工藝路線
a. 樹脂膜制備
b.含浸
一步法熱熔型預浸料制備工藝
熱熔法工藝是生產碳纖維預浸料的主流工藝，對于一步法和二步法生產工藝而言，其比較如下：
國內90%流行兩步法。
礦棉、木纖維、玻璃纖維、多孔芳綸纖維和市售的膨脹隔熱泡沫等聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)泡沫是用于保溫的常規材料。然而，它們的導熱系數高于空氣，從而限制了它們的應用。
三維(3D)多孔氣凝膠由于其低密度和高孔隙率而被設想為潛在的絕緣材料。其中常用的是陶瓷基氣凝膠和聚合物基氣凝膠。另一方面，聚合物氣凝膠比硅基氣凝膠具有更高的延展性，但其導熱系數通常高于空氣。目前隔熱材料通常用于降低建筑物的能源消耗。大多數商用產品在白天的熱導率低，絕緣性能差，太陽光反射率和熱發射率小。在同一種材料中實現所有特性是非常具有挑戰性的。
02
成果掠影
近期，香港科技大學Jang-Kyo Kim聯合香港理工大學沈曦教授在隔熱氣凝膠材料方面的研究取得新進展。該團隊采用單向冷凍鑄造技術制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復合氣凝膠。與傳統SiO2或Al2O3基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結構不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨立的細胞，有效減少空氣傳導和對流，從而實現超低導熱。得益于BNNs排列的多孔結構，具有最佳BNNS含量的復合氣凝膠在具有20.3 W/mK的超低導熱系數。此外，BNNS還具有高的折射率，遠高于傳統的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。BNNS的折射率與聚合物基體(~1.5)的折射率大不相同，這使得入射光在BNNS/基體界面處有效散射，從而獲得高太陽反射率。該復合氣凝膠在整個太陽光波長上具有95.0%的反射率，在大氣透明窗口內具有93%以上的高發射率。這些理想的特性使它們成為建筑物被動熱管理和熱防護罩以及其他需要高太陽輻照度保護的應用的有希望的材料。
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技術概述
美國宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創新者與路易斯維爾大學和美國空軍合作，開發了一種增材制造技術，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產具有高溫性能的復合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產品
來源 | Composites Part A: Applied Science and Manufacturing
01
背景介紹
傳統保持室內熱舒適的方法需要消耗大量的能量，據估計，全球有超過10%的能源用于維持人體熱舒適。此外，用于實現舒適室內溫度的空調不可避免地會排放溫室氣體，造成環境污染，導致全球變暖
來源 | Applied Surface Science
01
背景介紹
近幾十年來，電路板上的晶體管尺寸不斷減小，導致功率密度急劇增加，產生大量熱量，影響電子元件的性能和壽命。因此，如何有效地散熱和管理電子元件的發熱已成為現代電子工業的關鍵問題。具有優異的柔性和延展性的熱界面材料
摘 要
碳纖維及其復合材料因其優異的拉伸性能和輕質特性而備受關注，但是，自從它們問世以來，碳纖維及其復合材料在壓縮載荷下的較差性能一直是制約其廣泛應用的主要障礙
在碳纖維航空復合材料技術領域展現中國力量。
益小蘇
寧波諾丁漢大學李達三首席教授
了復合材料領域的應用分析技術的普及，也為了彌補現有階段碳纖維復合材料的分析檢測學科的市場空缺，碳纖維研習社將于2020年09月25日-27日在陜西 西安舉辦Abaqus復合材料技術培訓班，主要介紹使用Abaqus 軟件分析復合材料結構的基本方法。加深技術人員對Abaqus 軟件功能的了解，提升復合材料仿真分析能力，為開展復合材料特種設備科研與檢測工作提供了技術支撐。讓有志于從事碳纖維復合材料結構設計工作的人員
關于碳纖維的材料特性。
碳纖維，顧名思義就是“由碳構成的纖維”。其特點是“令人驚訝的輕盈，強大和持久”。重量是鐵的1/4、鋁的2/3、玻璃纖維的2/3。例如拉伸強度是鐵的10倍，非常強大，而且不疲勞、不生銹、熱性穩定，是非常優秀的材料。
碳纖維廣泛用作CFRP（碳纖維增強塑料）與塑料結合，用于高爾夫球桿桿，釣魚竿，網球拍等。對于大型飛機例如波音787，飛機上超過50％的部件采用的都是
使用熱固性樹脂的CFRP外觀部件，受到批量和生產效率的限制，這是因為許多加工步驟需要精確的手工操作和預成型，而固化和整個循環時間已接近技術極限。
此外，功能元件如夾子和安裝點等必須單獨制造，然后粘接到部件上。另一方面，有機板材也有技術上的限制，不能實現擁有高度褶皺、凹槽或分模線的復雜形狀。
上述這些熱固性預浸料和有機板材的限制性因素，使得完全集成的復雜形狀的
日前，中國石化上海石化股份公司投發檢驗公司在缺陷減薄達到50%的嚴重腐蝕管道上成功實施碳纖維復合材料加固修復技術，突破了該公司之前在缺陷減薄小于30%的管道上應用此技術的“禁錮”，標志著該公司在碳纖維復合材料加固修復化工管道方面具備了國內領先技術和競爭力。
碳纖維復合材料修復化工管道技術具有工期短、操作簡便、施工時不影響管道設備正常運行等優點，并可規避電焊、動火等特殊作業帶來的安全隱患和停車風險
3月18日，國內首個《碳纖維復合材料加固修復化工管道技術規范》正式出臺實施，該技術規范由中國石化上海石油化工股份有限公司、哈爾濱工業大學等單位起草，它的出臺對碳纖維加固行業健康發展具有重大意義。
該標準由中國復合材料工業協會復核，并在全國團體標準信息平臺發布，其對碳纖維復合材料加固修復金屬化工管道的材料性能指標、設計方法、施工方法、檢驗與驗收方法等有了明確要求。https://m.hongyantu.com
