【复材资讯】硼纤维/碳纤维复合使纤维体积分数达70%，从而显著提升碳纤维复材压缩性能

以下文章来源于碳纤维及其复合材料技术 ，作者钱 鑫 博士

碳纤维及其复合材料技术.

介绍中国科学院宁波材料所碳纤维及其复合材料团队（原中国科学院宁波材料所特种纤维事业部）最新进展，盘点碳纤维及复合材料领域的关键技术与应用技术，分享国内外碳纤维及复合材料领域的最新资讯

美国Specialty Materials公司是一家可提供高质量的硼纤维、碳化硅纤维及先进复合材料产品的全球领先供应商。目前公司的高性能纤维已经成功应用于航空、航天、体育用品和工业应用等需要优异机械性能和物理性能的领域。

目前公司先进材料的应用案例多样化，如通用原子公司的“捕食者”无人飞行器（UAV），它正在革命性地改变军用和侦察飞机、燃气轮机发动机部件、自行车车架、飞行杆、曲棍球棒、压缩管以及下一代光伏太阳能电池的制造工艺。

该公司开发Hy-Bor®复合材料是通过将特种硼纤维与碳纤维相结合的一种高性能材料，可提供优异的碳纤维增强效果。Hy-Bor®复合材料的典型优势在于其具有优异的压缩强度，高压缩强度使得Hy-Bor®可以最大限度地降低复合材料层密度和制造成本。

上图中第一种产品为硼纤维复合材料，随后是两种Hy-Bor®硼/碳复合材料、三种碳纤维树脂基复合材料和三种玻璃纤维树脂基复合材料，从图中可以看出随着硼纤维的引入，两种Hy-Bor®硼/碳复合材料具有明显的高压缩强度优势。

当使用Hy-Bor®时，设计师可以减少厚度，从而在减轻重量的情况下获得更高的性能。与纯碳纤维复合材料解决方案相比，Hy-Bor®可以通过减少加工工艺并通过减重来降低制造成本。基于这些原因，Hy-Bor®被用于通用原子公司的捕食者无人机的翼梁帽。

由于其高抗压强度、高刚度刚度以及零热膨胀系数(CTE)，Hy-Bor®复合材料也可以用于太空应用；此外，Hy-Bor®还可以通过使用不同类型的碳纤维和树脂系统进行定制。

两代Hy-Bor®硼/碳复合材料产品的发展

1、第一代（Gen1）Hy-Bor®产品

公司Gen1 Hy-Bor®产品使用日本三菱MR40碳纤维、Newport 301（NCT301）250°F固化环氧树脂以及公司生产的硼纤维（直径4mm）相复合。除了三菱MR40碳纤维以外，Hy-Bor®复合材料可以被制造成包含任何市售碳纤维的预浸料。通过改变预浸料中硼纤维的间距，可以实现材料性能和成本的定制化，从而满足各种苛刻应用。

Hy-Bor®复合材料作为一种硼纤维和商用碳纤维预浸料的混合材料，可以显著提高弯曲和压缩性能、提高开孔压缩强度，并且在考虑压缩关键设计中可以减少碳纤维层的数量，其性能可根据不同的硼纤维使用量（比如硼纤维数量208根）和碳纤维预浸料配置进行定制。

2、第二代（Gen2）Hy-Bor®产品

Gen 2 Hy-Bor®复合材料是下一代高端混合复合材料，根据终端应用领域，使用了日本东丽T1100G中模量碳纤维、直径4mm的硼纤维（208 FPI）以及各种树脂系统。

Gen2 Hy Bor®复合材料的主要优势包括：a）、含硼体积约为40%；b）、二代 Hy-Bor®产品中可提供硼纤维的压缩强度（>400 ksi） ；c）、硼纤维提高了所有碳纤维复合材料的压缩相关性能；d）、由于碳纤维嵌入到硼纤维内部，因此Hy-Bor®可以实现高达70%的纤维体积。

除此以外，Gen2 Hy Bor®复合材料还采用更高温度的树脂。树脂应用需要考虑有氧和无氧环境，因为所有聚合物都会氧化，在表面温度为350°F的情况下，飞行寿命为120,000小时的2.4马赫飞机需要使用聚酰亚胺，因为BMI双马树脂、环氧树脂和氰酸酯缺少热氧化稳定性。热保护系统可以接受短时间应用，如在极高温度下的导弹等。

该公司目前正与日本东丽、美国威奇托州立大学国家航空研究所（NIAR）合作，为国家先进材料性能中心（NCAMP）数据库鉴定几款第2代Hy-Bor®复合材料，其中东丽公司提供树脂选项包括：

TC380：新开发的具有增强热/湿性能的增韧环氧树脂

RS-8HT：具有优异高温性能的400°F固化BMI

TC420：具有增强耐腐蚀性的氰酸酯树脂

RS-3C：具有韧性和热/湿性能平衡的氰酸酯树脂

RS-51：具有优异高温性能的聚酰亚胺

下表显示了各种混合复合材料的最大使用温度和机械性能的比较：

原标题：《【复材资讯】硼纤维/碳纤维复合使纤维体积分数达70%，从而显著提升碳纤维复材压缩性能》

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