曾金梅,任学勤,杨 恒,邱艳茹,曹欣蕾

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安710048)

碳纤维因为密度低、比强度高、比模量高、耐热性及化学稳定性优异而成为复合材料研究热点[1-2]。近几年我国碳纤维产业取得了突飞猛进的发展,但与国外相同产品相比仍存在一定差距[3]。虽然碳纤维与其他高性能纤维混合能在一定程度上保留和补充单一纤维增强复合材料的特性,但是两种纤维增强体的拉伸特性不一样,复合材料受力时两种材料出现先后断裂现象,混合效果受限[4]。在风电叶片领域,使用较多的为玻碳混合纤维复合材料,玻璃纤维和碳纤维均具有较高的拉伸强度。玻璃纤维价格较为低廉,但伸长率较大,高达4.7%,弹性模量为80 GPa左右;碳纤维弹性模量为350～670 GPa,伸长率为0.5%～2.4%,但是价格较高[5-9],因而在玻碳混合纤维复合材料受力时,碳纤维作为高模材料由于伸长率低而先于玻璃纤维断裂,复合材料总强力降低,目前研究较多的方法为碳纤维进行表面改性[11]。

本团队提出了用无捻包缠技术解决上述问题。使用国产SYT49-12K 800 tex碳纤维长丝束无捻包缠2 400 tex高模玻璃纤维长丝束,在不改变原始纤维的前提下,通过改变包缠纱的包缠捻度,提高了包缠纱中碳纤维长丝束断裂伸长率,从而改变碳纤维长丝束的强力分布,使混合纤维中碳纤维长丝束的最大强力补充到玻璃纤维长丝束的常用受力区间或客户设计区间,从而包缠纱总断裂强力得到一定程度的提高,两种长丝束在预制件和复合材料产品中都是以无捻状态存在,大幅提高了产品的优质品率和稳定性,为高韧性材料及复合材料产品等开发和应用提供了新思路。……