埋烧碳化法制备碳泡沫材料的研究

生物基碳泡沫的制作方法

生物基碳泡沫是一种新型的环保材料，其制作方法可以分为以下10个步骤：

1. 生物基碳泡沫的首要步骤是制备合适的原料。常见的生物基原料包括木质纤维素、秸秆等，这些原料具有生物可降解性和低碳排放特点。

2. 将原料进行粉碎处理，使其变为可用于制作泡沫的小颗粒状。

3. 在原料中加入一定量的发泡剂或者控制剂，以实现所需的泡沫性质。这些添加剂的选择根据实际需求来确定，可以包括植物油、天然树脂等。

4. 将原料和发泡剂或控制剂充分混合，可以使用搅拌机或者其他混合设备进行。

5. 对混合后的原料进行预处理，使原料中的水分达到适宜的含量。

6. 将原料转移到发泡模具中，通过加热和打压的方式使原料进行发泡。

7. 控制合适的温度和压力，使泡沫在模具中膨胀并形成所需的形状。

8. 在泡沫固化过程中，通过控制泡沫发泡速率和温度来控制泡沫的孔隙结构和密度。

9. 完成泡沫的固化和冷却后，取出泡沫模具。

10. 对已取出的泡沫进行后续处理，包括切割、修整、修饰等，以满足具体应用的要求。

生物基碳泡沫是一种具有生物可降解性、低碳排放、轻质高强、吸音保温等特点的新型环保材料。其制作方法相对简单，操作流程清晰明了。通过合理选择原料和添加剂，并通过适宜的温度和压力控制，可以制作出具有多种形状和性能的生物基碳泡沫产品。将其应用于包装、建筑、交通运输等领域，可以有效减少对环境的污染和对化石能源的依赖，达到可持续发展的目标。

ｃ／ｃ泡沫预制体液相硅浸渗制备Ｃ／ＳｉＣ复合材料研究／刘　伟等　・５２９・　ｃ／ｃ泡沫预制体液相硅浸渗制备Ｃ／ＳｉＣ复合材料研究　刘　伟　，刘荣军　，曹英斌　，李　凯　（１　国防科技大学航天与材料工程学院，长沙４１００７３；２　防化研究院第一研究所，北京１０００８３）　摘要　以中间相沥青浸渍整体碳毡发泡技术制备的一种新型多孔ｃ／ｃ泡沫复合材料为预制体，通过液相硅　浸渗（ＬＳＩ）工艺制备了Ｃ／ＳｉＣ复合材料，研究了预制体不同孔隙率对ｓｉ浸渗及Ｃ／ＳｉＣ复合材料力学性能和微观形貌　的影响，分析了复合材料的物相组成和晶体结构。结果表明，采用发泡技术可以快速有效地实现Ｃ／Ｃ预制体的致密　化处理。预制体孔隙率为６５．４１　时液相硅浸渗处理后所得复合材料性能最好，密度为２．６４ｇ／ｃｍ３，弯曲强度为　１３７ＭＰａ，弹性模量为１５０ＧＰａ。纤维未作表面抗硅化涂层处理以及复合材料中存在闭孔是Ｃｌ／ｓｊＣ复合材料性能不佳　的主要原因。　关键词　Ｃ泡沫液相硅浸渗ｃ／ｓｉｃ孔隙率　中图分类号：ＴＢ３２３　文献标识码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃ／ＳｉＣ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｂｙ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｕｓｉｎｇ　ｃ／ｃ　Ｆｏａｍ　Ｐｒｅｆｏｒｍ　ＬＩＵ　Ｗｅｉ　，ＬＩＵ　Ｒｏｎｇｊｕｎ　，ＣＡＯ　Ｙｉｎｇｂｉｎ　，ＬＩ　Ｋａｉ。　（１　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００７３；　２　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｃ／ＳｉＣ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｒｅ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　Ｃ／Ｃ　ｆｏａｍ　ｐｒｅｆｏｒｍ，ｍａｄｅ　ｂｙ　ｍｅ—　ｓｏｐｈａｓｅ　ｐｉｔｃｈ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｎｇ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｅｌｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｂｕｂｂｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　Ｃ／ＳｉＣ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｌｉｑｕｉｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ（ＬＳＩ）　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃ／Ｃ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒ—　ｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｉｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｒｅ　ａｎＭｙｚｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｕｂｂｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃ／Ｃ　ｐｒｅｆｏｒｍ　ｑｕｉｃｋｌｙ．Ｃ／ＳｉＣ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｄｅ—　ｒｉｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ｃ／Ｃ　ｗｉｔｈ　６５．４１　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ（１３７ＭＰａ）ａｎｄ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｍｏｄｕｌｕｓ（１５０ＧＰａ），　ｗｈｉｌｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｓ　２．６４ｇ／ｃｍｓ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｏｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｃ／ＳｉＣ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｆｉｂｅｒ　Ｓ　ｕｎ－ａｎｔｉ－　ｓｉｌｉｃｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｌｏｓｅｄ　ｐｏｒｅｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｆｏｒｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍ，ｌｉｑｕｉｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，Ｃ／ＳｉＣ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ　０引言　Ｃ／ＳｉＣ复合材料以其低密度、高比强度和比模量、抗热氧　化性突出和耐高温等独特性能在空间结构、卫星零部件、洲　际导弹鼻锥、超高温热交换器、高性能制动系统等方面具有　广泛的应用　ｊ。　液相硅浸渗（Ｌｉｑｕｉｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ＬＳＩ）工艺是制备　ｃ／ｓｉｃ复合材料的主要方法之一［３］，该工艺主要包括２个步　骤：（１）多孔ｃ／ｃ预制体的制备；（２）预制体液相硅浸渗得到　ｃ／ｓｉｃ复合材料。制备出性能优异、低成本的ｃ／ｃ预制体对　提高ｃ／ｓｉｃ复合材料的性能和缩短生产周期具有重要影响。　目前，常用的ｃ／ｃ复合材料的制备工艺如ＰＩＰ和ＣＶＤ　（ＣⅥ）等均存在生产周期长、效率低和成本高等不足。为此，　人们一方面研发新型快速致密化技术如高压浸渍工艺、快速　液一气相沉积法、等离子体辅助ＣＶＤ法（ＰＡｃＶＤ）、强制气流　热梯度法（ＦＣｖＤ）、压力强制流动ＣＶＩ和预成纱工艺等　］，　另一方面采用新型低成本预制体作为增强相或基体，如将三　维针刺碳毡和预浸布层压、缠绕等做成层压板等［１０－１３］。　Ｃ泡沫由于其三维相互交联的韧带构成的网状结构具　有很好的热、力学性能，空间构型与三维编织件又具有一定　的相似性，另外均匀的孔状结构以及易于控制的发泡成型工　艺使其无论是作基体还是增强体，在复合材料制备方面都具　有潜在的广泛用途［“　。国外，Ｒｉｃｈａｒｄ［　］和Ｊｏｓｅｐｈ［”　等已　开始尝试采用ｃ泡沫或石墨泡沫代替昂贵的碳纤维编织件　作为制备ｃ／ｃ复合材料的预制体。Ｓｅｎｇ［”　也采用中间相沥　青粉末与单向碳纤维编织件铺层压块后发泡制备具有Ｃ泡　沫基体的ｃ／ｃ复合材料。国内采用碳纤维作增强体、Ｃ泡沫　作基体制备ｃ／ｃ泡沫复合材料的报道还不多见，在ＬＳＩ工艺　中采用这种ｃ／ｃ泡沫复合材料作预制体制备Ｃ／ＳｉＣ复合材　料的报道更是少见。　本实验以整体碳毡为增强相，采用中间相沥青浸渍发泡　技术制备出一种新型多孔ｃ／ｃ泡沫复合材料，并以此复合材　刘伟：男，１９８５年生，硕士研究生，主要从事陶瓷基复合材料研究Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｚＬ＿

・４５４・　材料导报　２０１１年５月第２５卷专辑１７　

煤基碳泡沫综述　

邓涛略，白瑞成，邵勤思，任慕苏，张家宝，周春节，潘剑峰　

（Ｉ－海大学复合材料研究中心，上海２０００７２）　

摘要　概述了煤基碳泡沫的发展概况。阐述了煤基碳泡沫的制备方法和应用，分析了ＲＶＣ碳泡沫、中间相沥　

青基碳泡沫和煤基碳泡沫的结构和性能特点，并且展望了煤基碳泡沫的潜在应用和研究方向。　

关键词　碳泡沫制备方法结构性能应用　

中图分类号：ＴＢ３３２　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　Ｃｏａｌ－ｂａｓｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｏａｍ　

ＤＥＮＧ　Ｔａｏｌｕｅ，ＢＡＩ　Ｒｕｉｃｈｅｎｇ，ＳＨＡＯ　Ｑｉｎｓｉ，ＲＥＮ　Ｍｕｓｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｂａｏ，　

ＺＨＯＵ　Ｃｈｕｎｊｉｅ，ＰＡＮ　Ｊｉａｎｆｅｎｇ　

（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｃｏａｌ－ｂａｓｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍｓ　ａｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

ｏｆ　ｃｏａｌ—ｂａｓｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍ（ＲＶＣ　ｃａｒ—　

ｂｏｎ　ｆｏａｍ，ｍｅｓｏｐｈａｓｅ　ｐｉｔｃｈ－ｂａｓｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍ　ａｎｄ　ｃｏａｌ－ｂａｓｅｄ　ｃａｒｂｏｎ）ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａ—　

ｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｏａｍ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

2021年第4期复合材料科学与工程89

D01：10. 19936/j. cnki. 2096-8000. 20210428. 013

PMI泡沫夹层碳纤维复合材料的制备及力学表征

原崇新1,

董青海“，

何斌2

(1.中国商飞上海飞机制造有限公司复合材料中心

，上海 200123

； 2.湖南兆恒材料科技有限公司

，长沙 410200)

摘要：

由于具有较好的力学性能和工艺稳定性，聚甲基丙烯酰亚胺(PM1)泡沫夹层结构在航空领域得到了大量的应用。

目前飞机上通常采用预浸料与泡沫热压罐固化制造夹层结构，这种工艺成本较高且只能保证贴模面的表面质量。本文中采用

闭模液体成型工艺制备了质量稳定的泡沫夹层结构，对比了同时注胶与交替注胶的制备方法，结果表明交替注胶可以得到更

好的成型质量。并对泡沫芯材的力学性能进行了测试，在此基础上建立了泡沫材料的失效模型，并通过有限元分析了其三点

弯曲、侧压屈曲等力学性能，有限元模型分析结果与实际测试结果基本一致，有限元模型可揭示在这些加载条件下夹层结构的

破坏机理及渐进损伤过程，研究结果可推动高性能的航空用复合材料夹层结构的低成本化制备以及结构服役的虚拟试验。

关键词：

PM1泡沫；夹层结构；闭模RTM；后屈曲；有限元；复合材料

中图分类号：

TB332 文献标识码：

A 文章编号：

2096-8000(

2021)

04-0089-07

泡沫夹芯复合材料一般由较薄的刚性面板和较

厚的柔性泡沫芯材组成，以获得较高的弯曲刚度。

同时

，泡沫通常具有较低的导热系数和较高的阻尼

系数，可满足隔热和降噪等功能要求。因此泡沫夹层

结构已被广泛应用于航空航天、船舶、风力发电、汽

车、火车等领域［1

，2］。聚甲基丙烯酰亚胺

(PM1)泡沫

是目前综合性能最好的新型高分子结构泡沫材料

,其

热变形温度为

180 T ~240 抗压强度在

0. 5 MPa

以上

,具有良好的防火性能

，与树脂体系相容好

，因此

PM1泡沫夹层结构已被应用到民用飞机的结构部件