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利用碳纳米管开发优异性能的碳纤维复合材料

文章出处:本站 人气:24119 发表时间:2023-04-07 14:58:10

碳纳米管是一种新型材料,强度是钢的100倍,重量只有钢的四分之一,导电性能和铜一样高。如果纤维可以用碳纳米管制造,理论上这些纤维可以超越当前碳纤维的性能,使基于碳纳米管的纤维成为航空航天、军事和未来移动行业的新材料。然而,在纤维中保持碳纳米管的优异性能是非常具有挑战性的,由于碳纳米管的高成本,很难实现这种纤维的商业化。

韩国科技院(KIST,全北先进复合材料研究所Bon-CheolKu博士领导的SeokJinYoon院长研究小组和蔚山国家科技院(UNIST,HanGiChae教授领导的研究小组合作,YongHoonLee院长,开发了碳纳米管基碳纤维复合材料高抗拉强度、高韧性的低成本制造技术。

高强/高弹性复合纤维与高聚物和碳纳米管组成的高强/高弹性复合纤维的比较

一般而言,碳纤维是由聚丙烯腈制成的。(PAN)高强度纤维或从热解燃料油中提取的高韧性纤维。研究小组开发了一种利用碳纳米管和聚酰亚胺的技术。(PI),在保证高强度的同时,大大改善了模量。该研究小组最初通过使用持续湿法纺丝技术建立碳纳米管和聚酰亚胺复合纤维,然后采用高温热处理,成功制造了高韧性(528GPa)和高韧性(6.2GPa)纤维。该报告的模量是市售纤维的1.6倍(约320GPa)。

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此外,微观结构分析证实,碳纳米管/聚酰亚胺化合物通过减少纤维中的间隙,提高了生产材料的物理性能,改善了碳纳米管的取向。研究小组可以生产这些韧性和模量极高的纤维,同时用低成本的聚酰亚胺代替高达50%的碳纳米管,从而降低整体成本。

KIST的研究人员说:“这项研究非常有意义,它可以大大降低碳纳米管基碳纤维的制造成本,因为它使用低成本的聚合物。”他补充道:“这些新型碳纤维过去因为成本高而难以商业化,预计将用于航空航天、军事和未来的移动行业。”这项研究是通过KIST的K-Lab和开放研究计划以及贸易、工业和能源部的材料部件研发项目进行的。


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