国产高导热中间相沥青基碳纤维复合材料性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250228.006

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (2): 40-45.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250228.006

国产高导热中间相沥青基碳纤维复合材料性能研究

徐小魁^1,2, 潘江^1,2, 郝尚^1,2, 张娟娟^1,2, 吴春燕^1,2, 刘千立^1,2*

1.上海复合材料科技有限公司,上海 201112;
2.上海航天树脂基复合材料工程技术研究中心,上海 201112

收稿日期:2023-12-05 出版日期:2025-02-28 发布日期:2025-03-25
通讯作者: 刘千立(1985—),男,博士,研究员,研究方向为航天领域新型材料研究,liuqianli1609@163.com。
作者简介:徐小魁(1990—),男,硕士,工程师,研究方向为航天领域复合材料国产化研究。

Study on properties of domestic high thermal conductivity mesophase asphalt-based carbon fiber composites

XU Xiaokui^1,2, PAN Jiang^1,2, HAO Shang^1,2, ZHANG Juanjuan^1,2, WU Chunyan^1,2, LIU Qianli^1,2*

1. Shanghai Composites Science and Technology Co., Ltd., Shanghai 201112, China;
2. Shanghai Engineering Research Center of Aerospace Resin Based Composite, Shanghai 201112, China

Received:2023-12-05 Online:2025-02-28 Published:2025-03-25

摘要/Abstract

摘要： 为夯实国产高导热中间相沥青基碳纤维(MPCF)在航天领域中的工程应用基础,重点研究了国产MPCF及其复合材料性能。通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征了国产MPCF的微观形貌,利用X射线光电子能谱分析(XPS)、光学显微镜和表界面测试仪测定了国产MPCF的表面化学元素、浸润性和表面能,考察了国产MPCF预浸料制备工艺性,评价了国产MPCF复合材料的常温力学性能、理化性能和热真空放气性能。结果显示:与进口MPCF相比,国产MPCF粗糙度更高,表面化学活性、浸润性和表面能更优;国产MPCF预浸料成型工艺性差,制得的国产MPCF复合材料层间剪切强度(46.69 MPa)与进口MPCF复合材料层间剪切强度相当,其他如拉伸、压缩和弯曲等性能略低;国产MPCF复合材料热真空放气性能满足空间环境要求;国产MPCF各向同性复合材料平均面内热导率为152.1 W·m^-1·K^-1,与进口材料相比,导热性能略低,但与传统6063铝合金扩热结构相比,更具轻量化和结构功能一体化优势。

关键词: 国产, 高导热中间相沥青基碳纤维, 复合材料, 性能

Abstract: In order to consolidate the engineering application foundation of domestic high thermal conductivity mesophase asphalt-based carbon fiber (MPCF) in aerospace field, the properties of domestic MPCF and its composites were studied. The micro-morphology of domestic MPCF was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The surface chemical elements, wettability and surface energy of domestic MPCF were measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), optical microscopy and surface interface testing instrument. The preparation process of domestic MPCF prepreg was investigated. The mechanical properties, physical and chemical properties and thermal vacuum degassing properties of domestic MPCF composites were evaluated. The results show that the roughness of domestic MPCF is higher than that of imported MPCF. The surface chemical activity, wettability and surface energy of domestic MPCF are better than those of imported MPCF. The forming process of domestic MPCF prepreg is subpar, and the interlayer shear strength of domestic MPCF composite (46.69 MPa) is comparable to that of imported MPCF composite, but other properties such as tensile, compression and bending properties are slightly lower than those of imported composite. The thermal vacuum degassing performance of domestic MPCF composite meets the requirements of space environment. The average in-plane thermal conductivity of domestic MPCF isotropic composite material is 152.1 W·m^-1·K^-1, and the thermal conductivity is slightly lower than that of imported materials, but it has more advantages of lightweight and structural-functional integration than the traditional 6063 aluminum alloy heat-expanding structure.

Key words: domestic, MPCF, composite, property

中图分类号:

TB332

徐小魁, 潘江, 郝尚, 张娟娟, 吴春燕, 刘千立. 国产高导热中间相沥青基碳纤维复合材料性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 40-45.

XU Xiaokui, PAN Jiang, HAO Shang, ZHANG Juanjuan, WU Chunyan, LIU Qianli. Study on properties of domestic high thermal conductivity mesophase asphalt-based carbon fiber composites[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(2): 40-45.

参考文献

[1] 高峰阁, 迟卫东, 张鸿翔, 等. 国内外MPCF发展概况与展望[J]. 高科技纤维与应用, 2015, 40(5): 33-37.
[2] 武云, 初人庆. 中间相沥青的应用研究进展[J]. 当代化工, 2020, 49(6): 1189-1192.
[3] 贾真真. 高导热沥青基碳纤维制备过程中的结构演变与性能研究[D]. 北京: 北京化工大学, 2021.
[4] 韩笑, 徐国财, 姚宝慧, 等. 沥青基碳纤维的制备及应用研究进展[J]. 安徽化工, 2011, 37(4): 7-9.
[5] 张建宝, 尚呈元, 周宇, 等. T800/607低温复合材料应用评价研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020(2): 97-100.
[6] 王婷婷, 顾轶卓, 王绍凯, 等. 碳纤维轴向导热性能表征及其影响因素[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(9): 1931-1938.
[7] 邹豪, 李伟东, 彭公秋, 等. 高模型碳纤维的发展现状及其在航天领域的应用[J]. 合成纤维, 2017, 46(6): 17-22.
[8] 杨燕宁, 张亮儒, 董经经, 等. 高模量碳纤维复合材料在卫星结构上的应用[J]. 高科技纤维与应用, 2022, 47(4): 11-15.
[9] 王忠强. 基于碳纤维复合材料的立方体卫星结构热控一体化设计[D]. 南京: 南京理工大学, 2017.
[10] 陈晓妍, 刘千立, 戴晶滨, 等. 中间相沥青基碳纤维表面特性和界面黏结性能[J]. 上海航天(中英文), 2022, 39(6): 96-101, 124.
[11] 姚远. 中间相沥青基碳纤维及其在飞机上的应用[J]. 纤维复合材料, 2018, 35(3): 73-76.
[12] 李威, 郭权锋. 碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 中国光学, 2011, 4(3): 201-212.
[13] 李子晗. 中间相沥青基碳纤维复合材料研究进展及发展前景[J]. 新型工业化, 2022, 12(8): 174-177.
[14] 叶崇. 高导热中间相沥青碳纤维的制备及结构调控[D]. 长沙: 湖南大学, 2021.
[15] 吴洋, 杨在峰. 中间相沥青基碳纤维研究进展[J]. 化学工程师, 2023, 37(5): 81-84.
[16] 贺文晋, 张晓欠, 刘丹, 等. 沥青基碳纤维制备研究进展[J]. 煤化工, 2019, 47(4): 72-75, 81.
[17] 曹玉倩, 张建国, 康延涛, 等. 中间相沥青基碳纤维原丝用油剂的研究现状[J]. 化工新型材料, 2023, 51(9): 243-247.
[18] 张媛媛, 初人庆, 郭丹, 等. 高性能沥青基碳纤维发展现状及制备工艺[J]. 当代化工, 2023, 52(2): 457-460.
[19] 史景利, 马昌. 沥青基碳纤维的研发及产业化[J]. 高科技纤维与应用, 2014, 39(3): 7-14.
[20] 刘金港, 翟港港, 田永胜, 等. 各向同性纺丝沥青及其碳纤维的制备与应用研究进展[J]. 化工新型材料, 2023, 51(7): 12-20.
[21] 张亚东, 崔健, 陈旭. 沥青基碳纤维制备及应用研究进展[J].广东化工, 2022, 49(9): 64-65, 77.
[22] 徐保明, 张家晖, 唐强, 等. 沥青基炭纤维制备方法研究进展[J]. 炭素技术, 2017, 36(5): 5-8.
[23] 王一超, 李鹏, 周菊萍. 跨厚比对碳纤维复合材料三点弯曲性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2023(3): 83-88.

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Study on properties of domestic high thermal conductivity mesophase asphalt-based carbon fiber composites

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[1]	关纪文, 王玉梅, 韦丽兰, 孔德辅, 陈华, 熊超华. CFRP筋增强珊瑚骨料混凝土偏压短柱力学行为及配筋率研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 1-11.
[2]	陆春华, 李朝晖, 漆仲浩, 朱学武, 徐奕帆. 高温环境对混凝土内GFRP筋拉伸性能退化影响[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 12-19.
[3]	程艳雯, 赵菲, 黄振辉, 张青松, 李良勇, 习鑫强. 碱处理椰壳纤维对海水海砂混凝土力学性能影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 20-27.
[4]	王朔, 贾晨辉, 杨智明, 姚亚琳. 含水量对环氧/酸酐树脂性能的影响及解决措施研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 28-33.
[5]	牛芳旭, 孙超明, 贺靖, 尹航. 共固化蜂窝夹层结构长梁弯曲性能预测[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 34-39.
[6]	伊文昭, 刘璐璐, 徐凯龙, 陈伟. 考虑湿热老化的单向纤维增强复合材料纵向脱黏行为的数值模拟[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 46-53.
[7]	闫珊, 付天宇, 许家忠, 史新民. 基于改进遗传算法的纤维张力模糊控制研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 54-61.
[8]	高文明, 刘琛, 聂海平, 阳铭广, 王显峰. 复合材料飞机副油箱结构铺层设计及性能分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 70-81.
[9]	杨瑞瑞, 王雅婷, 冉晓璐, 刘万双. 硅烷改性氧化石墨烯增韧乙烯基酯树脂[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 82-90.
[10]	张月义, 唐小惠, 高尚兵, 李刚, 杨小平. 氰酸酯树脂与高强高模型碳纤维的界面相容和性能匹配研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 91-98.
[11]	吕林泽, 张芝芳, 郑铭峰, 江剑. 温湿环境下CFRP层合板的弯曲疲劳寿命与结构频率的关联性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 99-107.
[12]	肖潇, 马超, 张铁山. 螺栓和胶栓混合连接的GFRP梁柱新型端板节点的抗震性能分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 108-116.
[13]	房恩惠, 杨树桐, 庞瑞阳, 孙忠科, 兰天. 树脂预浸技术提升CFRP-混凝土界面力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 117-128.
[14]	柯灿阳, 文传博. 基于多注意力机制的双通道模型对风机叶片表面目标识别[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 129-136.
[15]	颜丙越, 张卓, 尹立, 何剑飞. 基于数字单元法的平纹织物压实形态变化研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 137-144.