Specialty Materials公司的硼碳復(fù)合材料創(chuàng)新
核心提示：美國Specialty Materials公司是全球領(lǐng)先的供應(yīng)商，專門提供高品質(zhì)的硼纖維、碳化硅纖維和先進復(fù)合材料。他們的高性能纖維已經(jīng)在
美國Specialty Materials公司是全球領(lǐng)先的供應(yīng)商，專門提供高品質(zhì)的硼纖維、碳化硅纖維和先進復(fù)合材料。他們的高性能纖維已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括航空、航天、體育用品和工業(yè)應(yīng)用等，這些領(lǐng)域都需要出色的機械性能和物理性能。
公司的先進材料已經(jīng)成功應(yīng)用于許多不同的案例，如通用原子公司的“捕食者”無人飛行器（UAV）等。這些應(yīng)用正在革命性地改變軍用和偵察飛機、燃?xì)廨啓C發(fā)動機部件、自行車車架、飛行桿、曲棍球棒、壓縮管以及下一代光伏太陽能電池的制造工藝。
Hy-Bor®硼纖維/碳纖維（硼/碳）復(fù)合材料
該公司開發(fā)Hy-Bor®復(fù)合材料是通過將特種硼纖維與碳纖維相結(jié)合的一種高性能材料，可提供優(yōu)異的碳纖維增強效果。Hy-Bor®復(fù)合材料的典型優(yōu)勢在于其具有優(yōu)異的壓縮強度，高壓縮強度使得Hy-Bor®可以最大限度地降低復(fù)合材料層密度和制造成本。
上圖中第一種產(chǎn)品為硼纖維復(fù)合材料，隨后是兩種Hy-Bor®硼/碳復(fù)合材料、三種碳纖維樹脂基復(fù)合材料和三種玻璃纖維樹脂基復(fù)合材料，從圖中可以看出隨著硼纖維的引入，兩種Hy-Bor®硼/碳復(fù)合材料具有明顯的高壓縮強度優(yōu)勢。
當(dāng)使用Hy-Bor®時，設(shè)計師可以減少厚度，從而在減輕重量的情況下獲得更高的性能。與純碳纖維復(fù)合材料解決方案相比，Hy-Bor®可以通過減少加工工藝并通過減重來降低制造成本?；谶@些原因，Hy-Bor®被用于通用原子公司的捕食者無人機的翼梁帽。
由于其高抗壓強度、高剛度剛度以及零熱膨脹系數(shù)(CTE)，Hy-Bor®復(fù)合材料也可以用于太空應(yīng)用；此外，Hy-Bor®還可以通過使用不同類型的碳纖維和樹脂系統(tǒng)進行定制。
硼纖維的魅力何在？
1、強度比普通金屬高4~8倍
硼纖維是指在金屬絲上沉積硼而形成的無機纖維。通常用氫和三氯化硼在熾熱的鎢絲上反應(yīng)，置換出無定形的硼沉積于鎢絲表面獲得，屬脆性材料。硼纖維一般采用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)。硼纖維本身就是一種復(fù)合材料，作為芯材，通常使用直徑為12.5um很細(xì)的鎢絲通過玻璃反應(yīng)室，鎢絲電阻加熱后引起反應(yīng)室內(nèi)三氯化硼與氫氣反應(yīng)，而使元素硼沉積在鎢絲上，形成一層包套，纏繞在絲筒上。這就是所謂的硼纖維，它的直徑已達到100200μ。硼纖維的拉伸強度超過了高強度鋼，達到34.32MPa，密度只有2.59/em，強度比普通金屬（鋼、鋁等）高4~8倍。
目前硼纖維最大的用途是與環(huán)氧樹脂或鋁制成復(fù)合材料，用于航空和航天，如管道支柱和電子零件的散熱/冷卻板：風(fēng)扇葉片、機翼皮革、起落架等，飛機發(fā)動機的發(fā)動機。也可用于制造網(wǎng)球拍、羽毛球拍、釣竿、滑雪板、自行車架、高爾夫球桿等先進運動器材。硼具有較高的中子吸收能力，可用于建造防輻射掩蔽場所、核廢料運輸桶和器皿。硼/環(huán)氧具有獨特的微波吸收和反射能力，僅限于天線和雷達。
2、航空領(lǐng)域最早使用的高性能纖維之一
硼纖維是航空領(lǐng)域最早使用的高性能纖維之一。美國空軍增強材料研究室最早開發(fā)和研制硼纖維(AFML)，其目的是研究用于制造高性能系統(tǒng)的尖端飛機的輕質(zhì)、高韌性增強纖維材料。現(xiàn)在，商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和持續(xù)研究是以美國TextronSystems為中心的。不幸的是，由于硼纖維與碳纖維相比，杜邦公司的凱芙拉纖維產(chǎn)量更小，成本更高，因此沒有達到與上述高性能纖維相同的市場覆蓋范圍。但是硼纖維仍然以其獨特的性能在航空航天等領(lǐng)域占有一席之地。航運業(yè)主要用于飛機的零部件。
兩代Hy-Bor®硼/碳復(fù)合材料產(chǎn)品的發(fā)展
1、第一代（Gen1）Hy-Bor®產(chǎn)品
公司Gen1 Hy-Bor®產(chǎn)品使用日本三菱MR40碳纖維、Newport 301（NCT301）250°F固化環(huán)氧樹脂以及公司生產(chǎn)的硼纖維（直徑4mm）相復(fù)合。除了三菱MR40碳纖維以外，Hy-Bor®復(fù)合材料可以被制造成包含任何市售碳纖維的預(yù)浸料。通過改變預(yù)浸料中硼纖維的間距，可以實現(xiàn)材料性能和成本的定制化，從而滿足各種苛刻應(yīng)用。
Hy-Bor®復(fù)合材料作為一種硼纖維和商用碳纖維預(yù)浸料的混合材料，可以顯著提高彎曲和壓縮性能、提高開孔壓縮強度，并且在考慮壓縮關(guān)鍵設(shè)計中可以減少碳纖維層的數(shù)量，其性能可根據(jù)不同的硼纖維使用量（比如硼纖維數(shù)量208根）和碳纖維預(yù)浸料配置進行定制。
2、第二代（Gen2）Hy-Bor®產(chǎn)品
Gen 2 Hy-Bor®復(fù)合材料是下一代高端混合復(fù)合材料，根據(jù)終端應(yīng)用領(lǐng)域，使用了日本東麗T1100G中模量碳纖維、直徑4mm的硼纖維（208 FPI）以及各種樹脂系統(tǒng)。
Gen2 Hy Bor®復(fù)合材料的主要優(yōu)勢包括：a）、含硼體積約為40%；b）、二代 Hy-Bor®產(chǎn)品中可提供硼纖維的壓縮強度（>400 ksi） ；c）、硼纖維提高了所有碳纖維復(fù)合材料的壓縮相關(guān)性能；d）、由于碳纖維嵌入到硼纖維內(nèi)部，因此Hy-Bor®可以實現(xiàn)高達70%的纖維體積。
除此以外，Gen2 Hy Bor®復(fù)合材料還采用更高溫度的樹脂。樹脂應(yīng)用需要考慮有氧和無氧環(huán)境，因為所有聚合物都會氧化，在表面溫度為350°F的情況下，飛行壽命為120,000小時的2.4馬赫飛機需要使用聚酰亞胺，因為BMI雙馬樹脂、環(huán)氧樹脂和氰酸酯缺少熱氧化穩(wěn)定性。
該公司目前正與日本東麗、美國威奇托州立大學(xué)國家航空研究所（NIAR）合作，為國家先進材料性能中心（NCAMP）數(shù)據(jù)庫鑒定幾款第2代Hy-Bor®復(fù)合材料，其中東麗公司提供樹脂選項包括：
· TC380：新開發(fā)的具有增強熱/濕性能的增韌環(huán)氧樹脂
· RS-8HT：具有優(yōu)異高溫性能的400°F固化BMI
· TC420：具有增強耐腐蝕性的氰酸酯樹脂
· RS-3C：具有韌性和熱/濕性能平衡的氰酸酯樹脂
· RS-51：具有優(yōu)異高溫性能的聚酰亞胺
關(guān)于Specialty Materials
特種材料公司/Specialty Materials（美國馬薩諸塞州洛厄爾市）是一家高品質(zhì)硼和碳化硅纖維產(chǎn)品、先進復(fù)合材料和高純度硼納米粉的供應(yīng)商。該公司是一家經(jīng)過認(rèn)證的女性所有的小企業(yè)，并獲得了美國小企業(yè)管理局頒發(fā)的2020年度國家分包商獎。
Specialty Materials將增強其含有硼和碳纖維的Hy-Bor預(yù)浸料組合。Hy-Bor被用作碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的選擇性增強材料，以減輕重量并提高航空航天、太空、體育用品和其他需要高性能材料的應(yīng)用的壓縮性能。
該公司在Hy-Bor產(chǎn)品組合中最新添加的單絲硼纖維與東麗（日本東京）東麗T800和T1100中模量（IM）碳纖維以及最先進的東麗增韌環(huán)氧樹脂、氰酸酯、雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺樹脂系統(tǒng)，用于陸地和天體應(yīng)用。具體性能是高度可調(diào)的，包括硼纖維的面密度，用于有針對性地利用壓縮強度大于475 ksi和模量大于32 msi的復(fù)合材料。
除硼纖維外，Specialty Materials還提供一系列碳化硅單絲纖維，用于美國制造的金屬和陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用。
文章來源： 錢鑫博士，賽奧碳纖維，成都正西液壓
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551962.html
來源：賢集網(wǎng)
著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。
公司的先進材料已經(jīng)成功應(yīng)用于許多不同的案例，如通用原子公司的“捕食者”無人飛行器（UAV）等。這些應(yīng)用正在革命性地改變軍用和偵察飛機、燃?xì)廨啓C發(fā)動機部件、自行車車架、飛行桿、曲棍球棒、壓縮管以及下一代光伏太陽能電池的制造工藝。
Hy-Bor®硼纖維/碳纖維（硼/碳）復(fù)合材料
該公司開發(fā)Hy-Bor®復(fù)合材料是通過將特種硼纖維與碳纖維相結(jié)合的一種高性能材料，可提供優(yōu)異的碳纖維增強效果。Hy-Bor®復(fù)合材料的典型優(yōu)勢在于其具有優(yōu)異的壓縮強度，高壓縮強度使得Hy-Bor®可以最大限度地降低復(fù)合材料層密度和制造成本。
上圖中第一種產(chǎn)品為硼纖維復(fù)合材料，隨后是兩種Hy-Bor®硼/碳復(fù)合材料、三種碳纖維樹脂基復(fù)合材料和三種玻璃纖維樹脂基復(fù)合材料，從圖中可以看出隨著硼纖維的引入，兩種Hy-Bor®硼/碳復(fù)合材料具有明顯的高壓縮強度優(yōu)勢。
當(dāng)使用Hy-Bor®時，設(shè)計師可以減少厚度，從而在減輕重量的情況下獲得更高的性能。與純碳纖維復(fù)合材料解決方案相比，Hy-Bor®可以通過減少加工工藝并通過減重來降低制造成本?；谶@些原因，Hy-Bor®被用于通用原子公司的捕食者無人機的翼梁帽。
由于其高抗壓強度、高剛度剛度以及零熱膨脹系數(shù)(CTE)，Hy-Bor®復(fù)合材料也可以用于太空應(yīng)用；此外，Hy-Bor®還可以通過使用不同類型的碳纖維和樹脂系統(tǒng)進行定制。
硼纖維的魅力何在？
1、強度比普通金屬高4~8倍
硼纖維是指在金屬絲上沉積硼而形成的無機纖維。通常用氫和三氯化硼在熾熱的鎢絲上反應(yīng)，置換出無定形的硼沉積于鎢絲表面獲得，屬脆性材料。硼纖維一般采用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)。硼纖維本身就是一種復(fù)合材料，作為芯材，通常使用直徑為12.5um很細(xì)的鎢絲通過玻璃反應(yīng)室，鎢絲電阻加熱后引起反應(yīng)室內(nèi)三氯化硼與氫氣反應(yīng)，而使元素硼沉積在鎢絲上，形成一層包套，纏繞在絲筒上。這就是所謂的硼纖維，它的直徑已達到100200μ。硼纖維的拉伸強度超過了高強度鋼，達到34.32MPa，密度只有2.59/em，強度比普通金屬（鋼、鋁等）高4~8倍。
目前硼纖維最大的用途是與環(huán)氧樹脂或鋁制成復(fù)合材料，用于航空和航天，如管道支柱和電子零件的散熱/冷卻板：風(fēng)扇葉片、機翼皮革、起落架等，飛機發(fā)動機的發(fā)動機。也可用于制造網(wǎng)球拍、羽毛球拍、釣竿、滑雪板、自行車架、高爾夫球桿等先進運動器材。硼具有較高的中子吸收能力，可用于建造防輻射掩蔽場所、核廢料運輸桶和器皿。硼/環(huán)氧具有獨特的微波吸收和反射能力，僅限于天線和雷達。
2、航空領(lǐng)域最早使用的高性能纖維之一
硼纖維是航空領(lǐng)域最早使用的高性能纖維之一。美國空軍增強材料研究室最早開發(fā)和研制硼纖維(AFML)，其目的是研究用于制造高性能系統(tǒng)的尖端飛機的輕質(zhì)、高韌性增強纖維材料。現(xiàn)在，商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和持續(xù)研究是以美國TextronSystems為中心的。不幸的是，由于硼纖維與碳纖維相比，杜邦公司的凱芙拉纖維產(chǎn)量更小，成本更高，因此沒有達到與上述高性能纖維相同的市場覆蓋范圍。但是硼纖維仍然以其獨特的性能在航空航天等領(lǐng)域占有一席之地。航運業(yè)主要用于飛機的零部件。
兩代Hy-Bor®硼/碳復(fù)合材料產(chǎn)品的發(fā)展
1、第一代（Gen1）Hy-Bor®產(chǎn)品
公司Gen1 Hy-Bor®產(chǎn)品使用日本三菱MR40碳纖維、Newport 301（NCT301）250°F固化環(huán)氧樹脂以及公司生產(chǎn)的硼纖維（直徑4mm）相復(fù)合。除了三菱MR40碳纖維以外，Hy-Bor®復(fù)合材料可以被制造成包含任何市售碳纖維的預(yù)浸料。通過改變預(yù)浸料中硼纖維的間距，可以實現(xiàn)材料性能和成本的定制化，從而滿足各種苛刻應(yīng)用。
Hy-Bor®復(fù)合材料作為一種硼纖維和商用碳纖維預(yù)浸料的混合材料，可以顯著提高彎曲和壓縮性能、提高開孔壓縮強度，并且在考慮壓縮關(guān)鍵設(shè)計中可以減少碳纖維層的數(shù)量，其性能可根據(jù)不同的硼纖維使用量（比如硼纖維數(shù)量208根）和碳纖維預(yù)浸料配置進行定制。
2、第二代（Gen2）Hy-Bor®產(chǎn)品
Gen 2 Hy-Bor®復(fù)合材料是下一代高端混合復(fù)合材料，根據(jù)終端應(yīng)用領(lǐng)域，使用了日本東麗T1100G中模量碳纖維、直徑4mm的硼纖維（208 FPI）以及各種樹脂系統(tǒng)。
Gen2 Hy Bor®復(fù)合材料的主要優(yōu)勢包括：a）、含硼體積約為40%；b）、二代 Hy-Bor®產(chǎn)品中可提供硼纖維的壓縮強度（>400 ksi） ；c）、硼纖維提高了所有碳纖維復(fù)合材料的壓縮相關(guān)性能；d）、由于碳纖維嵌入到硼纖維內(nèi)部，因此Hy-Bor®可以實現(xiàn)高達70%的纖維體積。
除此以外，Gen2 Hy Bor®復(fù)合材料還采用更高溫度的樹脂。樹脂應(yīng)用需要考慮有氧和無氧環(huán)境，因為所有聚合物都會氧化，在表面溫度為350°F的情況下，飛行壽命為120,000小時的2.4馬赫飛機需要使用聚酰亞胺，因為BMI雙馬樹脂、環(huán)氧樹脂和氰酸酯缺少熱氧化穩(wěn)定性。
該公司目前正與日本東麗、美國威奇托州立大學(xué)國家航空研究所（NIAR）合作，為國家先進材料性能中心（NCAMP）數(shù)據(jù)庫鑒定幾款第2代Hy-Bor®復(fù)合材料，其中東麗公司提供樹脂選項包括：
· TC380：新開發(fā)的具有增強熱/濕性能的增韌環(huán)氧樹脂
· RS-8HT：具有優(yōu)異高溫性能的400°F固化BMI
· TC420：具有增強耐腐蝕性的氰酸酯樹脂
· RS-3C：具有韌性和熱/濕性能平衡的氰酸酯樹脂
· RS-51：具有優(yōu)異高溫性能的聚酰亞胺
關(guān)于Specialty Materials
特種材料公司/Specialty Materials（美國馬薩諸塞州洛厄爾市）是一家高品質(zhì)硼和碳化硅纖維產(chǎn)品、先進復(fù)合材料和高純度硼納米粉的供應(yīng)商。該公司是一家經(jīng)過認(rèn)證的女性所有的小企業(yè)，并獲得了美國小企業(yè)管理局頒發(fā)的2020年度國家分包商獎。
Specialty Materials將增強其含有硼和碳纖維的Hy-Bor預(yù)浸料組合。Hy-Bor被用作碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的選擇性增強材料，以減輕重量并提高航空航天、太空、體育用品和其他需要高性能材料的應(yīng)用的壓縮性能。
該公司在Hy-Bor產(chǎn)品組合中最新添加的單絲硼纖維與東麗（日本東京）東麗T800和T1100中模量（IM）碳纖維以及最先進的東麗增韌環(huán)氧樹脂、氰酸酯、雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺樹脂系統(tǒng)，用于陸地和天體應(yīng)用。具體性能是高度可調(diào)的，包括硼纖維的面密度，用于有針對性地利用壓縮強度大于475 ksi和模量大于32 msi的復(fù)合材料。
除硼纖維外，Specialty Materials還提供一系列碳化硅單絲纖維，用于美國制造的金屬和陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用。
文章來源： 錢鑫博士，賽奧碳纖維，成都正西液壓
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551962.html
來源：賢集網(wǎng)
著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。
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