碳纤维复合材料一定是易燃的吗?
碳纤维复合材料以其质量轻、强度高的性能特征正成为新一代的结构材料,广泛应用于航空航天、轨道交通、机械制造、建筑等多个领域。
然而,一般人会认为碳纤维复合材料都是易燃的,特别是在碳纤维跑车发生事故,整个车体燃烧成一摊灰烬的新闻曝光后,令大众印象深刻。
对此,小编要科普一下,碳纤维复合材料只是一个统称,是碳纤维与其它材料比如树脂结合使用时的统称,至于碳纤维复合材料到底是不是易燃,关键是要看碳纤维与什么化合物结合使用。因为从原材料本身来说,碳纤维材料的加工温度都在800℃以上,高强度高模量的碳纤维加工温度更是高达2000-3000℃以上,作为腈纶纤维碳化后的单质,其本身并无毒性,但是它需要和树脂基体及其它固化剂、溶剂、助剂结合使用,这些树脂基体能耐受的温度并不高,而且多种助剂在燃烧中也可能释放大量有害物质。比如最常见的环氧树脂碳纤维复合材料,因为环氧树脂具有耐高温性差、燃点低的缺陷,肯定会造成这类碳纤维复合材料是易燃的结果。
为了提升碳纤维复合材料应用安全性,我公司致力于阻燃性碳纤维复合材料的研发工作。在此小编强调:所谓的阻燃并不是指材料不可燃,而是要求其在指定温度的明火下,仍可以保持一定时间的相应强度,其燃烧速度低于制定速度,并且燃烧产物不具毒性。
事实上,限制复合材料高温性能的主要因素是基体树脂,为使复合材料具有一定的阻燃性,通常的做法有两种,一是采用双马来酰胺树脂作为基质材料,但是这种树脂韧性及耐受冲击性较差,二是在原有的复合材料中添加相应的阻燃剂,目前市场上的阻燃剂种类虽然多,但是每种阻燃剂具体的使用效果和应用条件不同,需要考虑到的因素相对比较复杂。
为此,我公司根据碳纤维实际应用需求,制定出阻燃性碳纤维复合材料改性的基本要求:首先,阻燃效率高,获得单位阻燃效能所需的用量少;低毒或基本无毒,且燃烧时生成的有毒和腐蚀性气体量及烟量尽可能少;具有足够高的热稳定性,在碳纤维复合材料制品正常的加工温度下不分解;不至过多恶化和降低碳纤维材料本身的机械性能,具有可接受的紫外线稳定性和光稳定性。
在此前提下,我公司的技术团队最终确定适应碳纤维材质及其应用环境的最佳改性方案,在保持原有的碳纤维复合材料优良性能的前提下,经过阻燃处理的碳纤维复合材料制品能够耐受400℃以上的高温,即便在完全燃烧状态下,也仅有极少量的烟雾释放,保证了制品本身不会在高温和火灾状态下对人的身体以及车体产生二次伤害,客观上提高了产品的应用安全性。
然而,一般人会认为碳纤维复合材料都是易燃的,特别是在碳纤维跑车发生事故,整个车体燃烧成一摊灰烬的新闻曝光后,令大众印象深刻。
对此,小编要科普一下,碳纤维复合材料只是一个统称,是碳纤维与其它材料比如树脂结合使用时的统称,至于碳纤维复合材料到底是不是易燃,关键是要看碳纤维与什么化合物结合使用。因为从原材料本身来说,碳纤维材料的加工温度都在800℃以上,高强度高模量的碳纤维加工温度更是高达2000-3000℃以上,作为腈纶纤维碳化后的单质,其本身并无毒性,但是它需要和树脂基体及其它固化剂、溶剂、助剂结合使用,这些树脂基体能耐受的温度并不高,而且多种助剂在燃烧中也可能释放大量有害物质。比如最常见的环氧树脂碳纤维复合材料,因为环氧树脂具有耐高温性差、燃点低的缺陷,肯定会造成这类碳纤维复合材料是易燃的结果。
为了提升碳纤维复合材料应用安全性,我公司致力于阻燃性碳纤维复合材料的研发工作。在此小编强调:所谓的阻燃并不是指材料不可燃,而是要求其在指定温度的明火下,仍可以保持一定时间的相应强度,其燃烧速度低于制定速度,并且燃烧产物不具毒性。
事实上,限制复合材料高温性能的主要因素是基体树脂,为使复合材料具有一定的阻燃性,通常的做法有两种,一是采用双马来酰胺树脂作为基质材料,但是这种树脂韧性及耐受冲击性较差,二是在原有的复合材料中添加相应的阻燃剂,目前市场上的阻燃剂种类虽然多,但是每种阻燃剂具体的使用效果和应用条件不同,需要考虑到的因素相对比较复杂。
为此,我公司根据碳纤维实际应用需求,制定出阻燃性碳纤维复合材料改性的基本要求:首先,阻燃效率高,获得单位阻燃效能所需的用量少;低毒或基本无毒,且燃烧时生成的有毒和腐蚀性气体量及烟量尽可能少;具有足够高的热稳定性,在碳纤维复合材料制品正常的加工温度下不分解;不至过多恶化和降低碳纤维材料本身的机械性能,具有可接受的紫外线稳定性和光稳定性。

在此前提下,我公司的技术团队最终确定适应碳纤维材质及其应用环境的最佳改性方案,在保持原有的碳纤维复合材料优良性能的前提下,经过阻燃处理的碳纤维复合材料制品能够耐受400℃以上的高温,即便在完全燃烧状态下,也仅有极少量的烟雾释放,保证了制品本身不会在高温和火灾状态下对人的身体以及车体产生二次伤害,客观上提高了产品的应用安全性。
目前该类型的碳纤维复合材料制品已成功应用于汽车、高铁、地铁等不同交通车体中,产品顺利通过UL94V-0、德国DIN5510、英国BS6853、欧盟EN45545轨道车辆材料防火测试标准,在阻燃水平方面领先于国内同行业,同类的应用经验正向航空、工业、民用等其它领域渗透。
下一篇:为什么碳纤维零部件必须要定制?