北京化工大学杨小平教授带你了解碳纤维树脂基高强高韧复合材料的研究进展

Carbontech第六届碳纤维复合材料论坛 12月13-15日与你相约上海

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关于碳纤维树脂基高强高韧复合材料

随着复合材料技术的不断发展和飞机结构对复合材料要求的提高，1990年波音公司制定了高韧性碳纤维环氧预浸料标准（BMS8-276），提出了适合民机主承力结构用复合材料的技术指标体系，大大推动高韧性复合材料技术的发展与应用。随着高强中模碳纤维及与之匹配的高韧性树脂基体等关键技术的突破，高强中模碳纤维增强3900-2、977-1、8551-7、M91和M21E树脂复合材料等为代表的高韧性复合材料抗冲击损伤能力显著提高，复合材料的CAI值达到310MPa以上，并在飞机主承力结构得到广泛应用。

国内复合材料树脂基体的发展经历了从基本型树脂（非增韧）、第一代韧性树脂基体、第二代中等韧性树脂基体，再到第三代高韧性树脂基体的发展历程。与国外树脂基复合材料发展不同的是，由于我国碳纤维技术滞后美国、日本大约25-30年，因此国内基本型、第一代韧性和第二代韧性复合材料的增强碳纤维基本为高强型碳纤维（即T300级和T700级碳纤维），而以美国为主的发达国家从第一代韧性复合材料开始即选用高强中模碳纤维（T800级）。

T800碳纤维雪车（总台央视记者郭鸿拍摄）

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目前待解决问题

目前，航空先进复合材料的主要基体材料是热固性树脂（如用量较多的环氧树脂基体类，双马来酰亚胺基体类），热固性树脂具有成型工艺性、耐环境性和尺寸稳定性好等优点，传统的热固性树脂基体韧性较差，并遗传给碳纤维复合材料较低的抗冲击损伤能力。提高碳纤维复合材料抗冲击损伤能力是先进复合材料及应用的关键技术之一，主要核心技术是基体树脂增韧。

未来随碳纤维复合材料在航天大型运载器、民用航空大飞机、车载高压储氢气瓶等新技术和新装备中的应用，预期会向结构-功能一体化方向深入发展，迫切需要解决其结构复合材料的韧性差、压拉强度不平衡、结构效率与成型效率低等应用基础问题。

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未来发展方向

1.突破具有高强高模高韧高延伸、压缩与拉伸性能均衡发展特征的国产碳纤维及复合材料的制备技术。

2.开展高强高模高韧且拉压平衡碳纤维增强树脂基复合材料技术研究。

碳纤维复合材料是战略新材料的首选，其高性能化、轻量化是其发展的永恒主题，为了更好地了解碳纤维树脂基高强高韧复合材料的研究进展，2021年12月13-15日在上海举行的“Carbontech第六届碳纤维复合材料论坛” 特邀 北京化工大学杨小平教授 莅临本次大会，分享《碳纤维树脂基高强高韧复合材料的研究进展》主题告。

杨老师团队历经20年的探索，针对高强高模新一代表面高度石墨化的碳纤维，丰富和发展了碳纤维树脂基复合材料的界面设计新方法;开展了碳纤维树脂基复合材料的增韧增强、高性能树脂基体制备、缠绕/预浸成型技术及产品工程的应用基础研究，形成了高性能碳纤维树脂基缠绕/预浸复合材料及产品工程的特色研究方向，发明了碳纤维连续抽油杆、碳纤维大气瓶、高性能碳纤维预浸料等制品，实现其产业化应用。

专家介绍

杨小平：有机无机复合材料国家重点实验室副主任、北京化工大学材料学院教授、博导、教育部“新世纪优秀人才支持计划”（2005）、北京市领军人才（2015）、曾任北京化工大学科技处长、机电学院分党委书记

主要项目：

近5年承担十三五“科技冬奥”重点研发计划项目负责人、国家自然基金重点项目、GF科技项目等国家/省部级及重大横向项目10余项。发表文章400余篇，专利申请/授权100余项（其中国防专利20余项），参编专著3本。

以第一完成人获得省部级技术发明一等奖一项；技术发明二等奖二项、技术进步二等奖一项（均为第二完成人）。

主要研究方向：

碳纤维树脂基复合材料、生物复合材料及口腔医疗器械、有机无机纳米碳基能源复合材料等。