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关注· 碳纤维在航发领域显身手 未来强度和韧度将进一步提升

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1860年,约瑟夫·斯万发明了白炽灯的原型——半真空碳丝电灯。为了点亮暗夜,作为电灯的发光体,碳纤维悄然诞生。

初生的碳纤维并不引人瞩目,早期的碳纤维由天然纤维制成,几乎没有结构强度,制成的灯丝质量和可靠性都很差,使用中很容易碎裂、折断,其耐用性也很不理想,很快就被钨丝取代。碳纤维研究进入了休眠期。

20世纪50年代,航空航天领域对材料提出了耐高温、耐腐蚀、高强度的严苛要求,人们再次将目光转向碳化物。经过一系列的研究,最终发现了熔点在3600℃的材料,并将其正式命名为“碳纤维”。

碳纤维最出色的特性是质量轻、强度高,具有很高的比强度和比模量,其密度不到钢的1/4,其拉伸比强度约是铁的10倍,拉伸比弹性模量约是铁的7倍。此外,碳纤维有着不疲劳、不生锈、化学稳定性和热稳定性好等多种优良特性。

在航空发动机领域,碳纤维主要以增强基的形式与树脂、金属、陶瓷等基体构成轻量化的复合材料,即碳纤维增强复合材料(CFRP),主要起到减重增效、降低噪声及排放、提高材料强度和燃油经济性的目的。

GE90发动机风扇叶片应用了GE公司研发的第一代复合材料,在随后的20多年时间里,共发展了四代。此外,GE9X的机匣也采用了碳纤维复合材料,相比金属材料减重近160千克。LEAP发动机风扇机匣应用了同样的技术,和铝相比减重30%。

罗罗公司下一代遄达发动机以及将在2020年投入使用的Advance发动机将采用FACC公司开发的碳纤维复合材料封严环,减重40%。Advance发动机采用碳纤维复合材料叶片、机匣,与早期的遄达发动机相比,将减轻680千克,改善20%的燃油效率,减少20%的碳排放。

除风扇和机匣外,航空发动机高温部件中也逐渐开始应用复合材料,如GEnx的变量溢流阀(VBV)导管,采用碳纤维增强双马来酰亚胺(BMI)制造,每套导管重量只有3.6千克。俄罗斯的SaM146发动机上的混流喷嘴(MFN)也采用了碳纤维增强的BMI零件,较金属减重约20千克,其复合材料蜂窝结构内衬可以将声波限制在16万个小孔内,起到吸声的作用。

未来,随着碳纤维复合材料强度和韧性的进一步提升,碳纤维复合材料在航空发动机上的应用也将越来越多:增强热缩性塑料工艺形成的CFRTP;增强碳工艺形成CFRC碳/碳复合材料;增强金属工艺形成CFRM;增强橡胶工艺形成CFRR……无论是向哪个方向发展,碳纤维复合材料都将是未来高性能航空发动机中不可或缺的重要材料。

来源:中国航天报

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来源:碳纤维生产技术
疲劳复合材料化学航空航天材料
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首次发布时间:2024-07-23
最近编辑:9月前
碳纤维生产技术
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区别·粘胶、莫代尔和莱赛尔纤维到底有什么不同

本文摘要:(由ai生成)再生纤维素纤维如粘胶、莫代尔、莱赛尔等,因兼具天然纤维与合成纤维优势,广泛用于纺织。粘胶纤维吸湿好但强度低;莫代尔纤维湿态强度高,触感柔软;莱赛尔纤维性能优越,光泽自然。三者各有特点,适用于内衣、外衣、装饰织物等。近年来,再生纤维素纤维(如粘胶、Modal、Tencel等纤维)不断出现,适时地满足了人们的需求,同时也部分缓解了当今资源匮乏、自然环境遭到破坏的问题。由于再生纤维素纤维具备天然纤维素纤维和合成纤维双重性能优势,正在以前所未有的使用规模被广泛应用于纺织。今天我们来看一看最常见的粘胶纤维、莫代尔纤维、莱赛尔纤维这三种纤维有什么区别。 01 普通粘胶纤维粘胶纤维( Viscose ),是粘纤的全称,以“木”作为原材料,从天然木纤维素中提取并重塑纤维分子而得到的 纤维素纤维。制备方法 将植物纤维素经碱化而成碱纤维素,再与二硫化碳作用生成纤维素黄原酸酯, 溶解于稀碱液内得到的粘稠溶液称粘胶,粘胶经湿法纺丝和一系列处理工序后即成粘胶纤维。普通粘胶纤维复杂成型过程的不均匀性会使常规粘胶纤维的横截面呈腰圆形或无规则状,内部有孔洞,纵向有无规则沟槽。粘胶具有优良的吸湿性、易染性,但是其模量、强度较低,尤其是湿强度低。02 莫代尔纤维莫代尔纤维是高湿模量粘胶纤维的商品名,它与普通粘胶纤维的区别在于,莫代尔纤维改善了普通粘胶纤维在润湿状态下的低强度、低模量的缺点,在润湿状态下也具有较高的强度和模量,故常称为高湿模量粘胶纤维。不同纤维厂家的同类商品还有不同称谓,例如奥地利兰精公司的木代尔TM品牌纤维(Lenzing ModalTM)、玻璃诺西克纤维(Polynosic)、富强纤维、虎木棉及纽代尔(Newal)等品名。制备方法 高湿模量性能的获得是由生产过程的特殊工艺而赋予的。区别于一般粘胶纤维生产工艺不同的是:(1)纤维素应当具有较高的平均聚合度(约450)。(2)制备的纺丝原液具有较高的浓度。(3)调配相应适宜的凝固浴组成(如提高其中硫酸锌的含量),并降低凝固浴温度,延缓成型速度,利于得到结构致密,结晶度较高的纤维。这样得到的纤维内、外层结构较均匀,纤维横截面的皮芯层结构没有普通粘胶纤维那样明显,截面形态趋于圆形或腰圆形,纵向表面也较光滑,该纤维在湿态下有较高强度和模量,优异的吸湿性能也适用于作内衣。纤维内外层结构较均匀,纤维横截面的皮芯层结构没有普通粘胶纤维明显,截面形态趋于圆形或腰圆形,纵向较光滑,湿态下有较高强度和模量,吸湿性能优异。03 莱赛尔纤维莱赛尔纤维是以天然纤维素高聚物为原料,是一种人造纤维素纤维。由英国考陶尔公司发明,后转由瑞士兰精公司生产,商品名为Tencel,在我国的商品名是采用其谐音“天丝”。制备方法 莱赛尔是以N-甲基氧化吗琳(NMMO)水溶液为溶剂,可以直接将纤维素浆粕溶解得到纺丝溶液,再采用湿法纺丝或干—湿法纺丝方法,以一定浓度的NMMO-H2O溶液为凝固浴使纤维成型,再将纺得的初生纤维经拉伸、水洗、上油、干燥而制得的一种新型纤维素纤维。这种纺丝方法与常规粘胶纤维的生产方法相比,最大的优点是NMMO可直接溶解纤维素浆粕,纺丝原液的生产流程可以大大简化,且NMMO的回收率可达到99%以上,生产过程几乎不污染环境。莱赛尔纤维形态结构与普通粘胶完全不同,横截面结构均匀,呈圆形,且无皮芯层之分,纵向表面光滑无沟槽,具有比粘胶纤维优异的力学性能、良好的水洗尺寸稳定性(缩水率仅为2%),具有较高的吸湿性。光泽优美,手感柔软,悬垂性好,飘逸性好。粘胶、莫代尔、莱赛尔的区别1纤维截面2纤维特点粘胶纤维具有良好的吸湿性,符合人体皮肤的生理要求,织物柔软,光滑,透气性好,不易起静电,防紫外线,穿着舒适,易于染色,染色后色泽鲜艳、色牢度好,有较好的可纺性能。湿模量较低,缩水率较高而且容易变形,下水后手感发硬,弹性和耐磨性较差。莫代尔纤维触感柔软,光洁,色泽艳丽,色牢度好,织物手感特别滑爽,布面光泽亮丽,悬垂性均比现有的棉、聚酯、粘纤好,具有合成纤维的强力和韧性,有真丝般的光泽和手感,其面料具有抗皱性和免烫性,吸水性及透气性较好,但其织物挺括性差。莱赛尔纤维具天然纤维和合成纤维的多种优良性能,光泽自然,手感滑润,强度高,基本不缩水,而且透湿性、透气性好,柔软,舒适,光滑凉爽,悬垂性好,耐穿耐用。3适用范围粘胶纤维短纤维可以纯纺,也可以与其他纺织纤维混纺,适宜于制做内衣、外衣和各种装饰用品。长丝织物质地轻薄,除适用作衣料外还可织制被面和装饰织物。莫代尔纤维莫代尔的针织物主要用于制作内衣,也用于运动装,休闲装,衬衣,高级成衣面料等。与其它纤维进行混纺,可改善纯莫代尔产品的挺括性差的缺点莱赛尔纤维涵盖纺织各个领域,无论是棉、毛、丝、麻型产品,还是针织或机织领域都可以生产出优质高档产品。来源:色尚坊布博士特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。 来源:碳纤维生产技术

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