耐高温阻燃环氧树脂碳纤维复合材料性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240928.006

摘要/Abstract

摘要： 本文针对耐高温阻燃环氧树脂碳纤维复合材料的力学性能、耐湿热性能、阻燃性能、防火性能进行研究,结果表明,耐高温阻燃复合材料具有良好的力学性能和阻燃性能。其中耐高温阻燃复合材料的阻燃等级为V-0级别,240 s内最大烟密度D_m为5.17,极限氧指数为39.5%,并通过烟毒性及防火试验,基本满足适航相关法规。通过上述性能研究,为阻燃结构功能一体化环氧树脂基复合材料在先进航空飞行器及发动机上的实际应用提供支撑。

关键词: 碳纤维复合材料, 环氧树脂, 阻燃, 力学性能

Abstract: Mechanical, hydrothermal, flame retardant and fire protection performance of high heat resistant and flame retardant epoxy resin matrix CFRP is investigated in this article. The results show that the high heat resistant and flame retardant CFRP has great mechanical and flame retardant performance. The flame retardant epoxy resin matrix CFRP has achieved a flame retardant grade of V-0. Its maximum smoke density (D_m) within 240 seconds is 5.17, and its limiting oxygen index (LOI) is 39.5%. Therefore, this material can basically meet airworthiness standard. Above all, research on properties of structural and functional integrated CFRP lays a foundation for the final engineering application in advance aero-craft and aero-engine.

Key words: CFRP, epoxy resin, flame retardant, mechanical performance

中图分类号:

TB332

谢文博. 耐高温阻燃环氧树脂碳纤维复合材料性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(9): 43-47.

XIE Wenbo. Study on properties of high heat resistant and flame retardant epoxy resin matrix CFRP[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(9): 43-47.

参考文献

[1] 益小苏, 张明, 安学峰, 等. 先进航空树脂基复合材料研究与应用进展[C]//中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集. 山东: 工程塑料应用, 2009: 72-76.
[2] 赵云峰. 先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用[J]. 军民两用技术与产品, 2010(1): 4-6.
[3] 高禹, 李洋洋, 王柏臣, 等. 先进树脂基复合材料在航空发动机上的应用及研究进展[J]. 航空制造技术, 2016(21): 16-21.
[4] 圣冬冬, 宋振亚, 王茜茜, 等. 热塑性树脂增韧环氧树脂及其在航空航天中的应用[J]. 化工新型材料, 2023(S1): 12-15.
[5] 陈平, 刘胜平, 王德中. 环氧树脂及其应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2014: 1-371.
[6] 胡玉明. 环氧固化剂及添加剂[M]. 北京: 化学工业出版社, 2013: 1-386.
[7] 刘翔, 周恒, 郭颖, 等. 船舶用阻燃树脂基体复合材料研究进展[J]. 材料开发与应用, 2023, 38(4): 50-60.
[8] 王增加, 李辅安, 李翠云. 阻燃高分子复合材料的研究进展[J]. 化工新型材料, 2004, 32(10): 11-13, 40.
[9] 马洪霞. 阻燃低烟低毒复合材料在交通运输领域的发展Ⅰ. 阻燃标准概述[J]. 热固性树脂, 2016, 31(5): 60-63.
[10] 李鹏扬. 民用飞机复合材料阻燃适航验证方法讨论[J]. 民用飞机设计与研究, 2022(4): 108-112.
[11] 杜宇, 张宝艳, 王婷婷, 等. 民机内饰用阻燃环氧树脂及复合材料性能研究[J]. 民用飞机设计与研究, 2019(4): 56-60.
[12] HATCH J, WARDALL A, JACKSON J, et al. Smolder behavior and emissions byproducts of aircraft composite coupons[J]. Fire Safety Journal, 2021, 123: 1-10.
[13] 徐宝羚, 徐文总, 王少卿, 等. 阻燃抑烟环氧树脂的制备与性能[J]. 高分子材料科学与工程, 2017, 33(9): 158-163.
[14] 王芳, 郝建薇, 李茁实, 等. 碳材料表面特性及形貌对阻燃环氧树脂燃烧和热解行为的影响[J]. 高分子学报, 2016(7): 860-870.
[15] 朱秀迪, 孙超明, 贾晨辉, 等. 高阻燃耐冲击衬板的制备技术研究[J]. 高科技纤维与应用, 2023, 48(3): 64-70.
[16] 罗翔祥, 李峰, 乔成芳. 改性碳纤维含量对聚丙烯的阻燃性能影响研究[J]. 塑料科技, 2023, 51(3): 33-37.
[17] DAO D Q, ROGAUME T, LUCHE J, et al. Thermal degradation of epoxy resin/carbon fiber composites: Influence of carbon fiber fraction on the fire reaction properties and on the gaseous species release[J]. Fire & Materials, 2016, 40(1): 27-47.
[18] LI H, WANG H, HAN X, et al. Mechanism identification and kinetics analysis of thermal degradation for carbon fiber/epoxy resin[J]. Polymers, 2021, 13(4): 569.
[19] 张紫璇. 碳纤维/环氧树脂阻燃复合材料的燃烧特性与火灾危险性评价[D]. 安徽: 中国科学技术大学, 2022: 4-11.
[20] 航空发动机适航规定: CCAR-33[S]. 北京: 中国民用航空总局, 2005.
[21] 中国民用航空规章: CCAR-25-R4[S]. 北京: 中国民用航空总局, 2011.
[22] CMH-17协调委员会. 复合材料手册[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2016: 422-426.