碳纤维复合材料的阻燃性能研究分析

  环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,具有质量轻、力学性能好、成本低廉等优点,因此被广泛用于国防、航空航天等领域,并且已成为航空航天复材体系中必备的基体材料之一。碳纤维复合彩库是一种含碳量在95%以上的高强度的新型纤维材料,不仅具有一般纤维所共有的优良性能,而且在纤维方向上有很高的抗张强度和模量。

  将未剪切的碳纤维全部放到浓硝酸中,随后用蒸馏水对浸泡过后的碳纤维进行反复清洗,使其PH值到中性。最后将其放于鼓风干燥箱中,调至温度为95℃进行烘干。烘干恒重后,剪切至1-3mm长。

  水平燃烧测试是在实验室内进行的用小火焰点燃水平放置的材料,通过测量线性燃烧速度或者烧损长度、燃烧颗粒滴落情况来评判材料的燃烧性能。其中材料的燃烧级别由高到低依次为FH-1、FH-2、FH-3、FH-4。

  根据GB/T2408-1996塑料燃烧性能试验方法,选取三个有效试样,并取平均值,得到下表不同含量的碳纤维/环氧树脂复合材料水平燃烧测试数据及现象。

  环氧树脂的燃烧速度为最大,达到了30mm/min,且燃烧过程中伴有大量的融滴滴落,自熄性很差。当碳纤维含量为0.5%时,环氧树脂复合材料的燃烧速度减小到了22.45mm/min,降低了25.2%。

  当碳纤维含量为0.7%时,环氧树脂复合材料的燃烧速度减小到了19.6 mm/min,降低了34.7%。当碳纤维含量为1.0%时,环氧树脂复合材料的没有燃烧到预先标定的100mm处,此时烧损长度为70mm,燃烧级别由FH-3提升到了FH-2,且此时复材没有融滴的滴落,而是表现为残碳的脱落,说明碳纤维有效抑制了材料燃烧的扩散速度,并在一定程度上改善了其自熄性能。而当碳纤维含量为1.5%时,材料的水平燃烧速度有所变大,这表明材料的阻燃性能开始下降,可能是由于随着碳纤维含量的增多,其在环氧树脂中难以分散均匀,在其内部可能形成较多的气孔等缺陷。

  通过对碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及性能分析,结果表明:碳纤维/环氧树脂的制备过程需要良好的温度和时间控制。碳纤维的长度直接影响试件的制备,当碳纤维的长度为1-3mm时,可以较成功地完成标准试件的制备。碳纤维的含量是影响试件阻燃性能的主要因素。当碳纤维含量为1.0%时,其阻燃效果最佳。

  阅读延伸:《碳纤维复合材料的性能优势解读分析