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【碳企研究】一文详细了解东丽复合材料美国(CMA)公司的碳纤维产品种类和主体性能指标
时间:2022年06月21日 来源:碳纤维及其复合材料技术  作者:佚名 浏览次数:

1  CMA公司概况

东丽复合材料美国公司CMA 于 1992 年开始生产先进复合材料,公司最初名为 Toray Composites (America), Inc. (TCA) 在皮尔斯县注册成立,毗邻波音公司的复合材料制造中心 (CMC),通过靠近 CMC 使得公司碳纤维复合材料的供应更加高效。

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CMA公司的塔科马工厂现在被称为东丽复合材料美国公司 (CMA Tacoma),是华盛顿州的一家主要出口商,为美国国内外的多元化客户群提供服务,其先进碳纤维复合材料首先用于波音 777,现在用于 777 和 787 的主要结构,并将用于新的 777X 机翼。

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1997 年,东丽碳纤维美国公司 (Toray Carbon Fibers America, Inc.,CFA) 工厂在阿拉巴马州迪凯特成立。迪凯特工厂位于摩根县,该地区在化学工业领域有着悠久的历史,为碳纤维的生产提供了理想的条件。公司的阿拉巴马工厂现称为东丽复合材料美国公司 (CMA Decatur),经营从原丝到碳纤维的生产线,并在航空航天、国防、工业和汽车领域拥有多元化的客户群。CMA Decatur 团队为世界各地的客户生产标准模量、中模量、中模量 (+) 和高模量碳纤维。


2  CMA公司碳纤维产品类型与规格


作为日本东丽分公司,CMA公司碳纤维产品同样使用了TORAYCA®作为商标,TORAYCA®碳纤维因其卓越的性能、质量和加工一致性而获得全球认可。聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的完整产品组合包括标准模量、中间模量和高模量类型,广泛用于各种航空航天、工业和体育休闲等领域。

2.1 碳纤维主要类型

T系列碳纤维通常具有较高的拉伸强度,并按拉伸模量分为标准模量和中间模量两类;M系列碳纤维具有高模量,第二代MJ系列具有更高的拉伸强度。

标准模量碳纤维:拉伸模量通常为33-34 Msi或稍高。
中间模量碳纤维:拉伸模量约为42 Msi,但IM+T1100碳纤维将此范围推高至47 Msi。IM纤维种类繁多,具有多种价格和性能特点,可满足航空航天、工业和娱乐应用的需要。
高模量碳纤维:代表了最高模量PAN基碳纤维。与沥青基碳纤维相比,它们具有优异的拉伸强度和压缩强度。

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图中黄色区域为标准模量碳纤维,绿色区域为中模级碳纤维,紫色为高模量碳纤维,其中红色样品为美国生产的几款碳纤维(详见下文介绍)

2.2 碳纤维产品结构

TORAYCA®碳纤维具有不同的丝束规格,同时在加捻上也有所区别。

加捻:最初的碳纤维是作为加捻纤维生产的,东丽继续生产加捻和非加捻纤维。所有在美国制造的纤维均为无捻纤维,与类似的加捻纤维相比,无捻纤维具有更好的强度性能。

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丝束规格:小丝束碳纤维中每束碳纤维有1000(1K)至6000(6K)根细丝,可用于生产具有紧密编织图案的机织物和预浸料,以获得良好的悬垂性。美国生产的碳纤维标准丝束规格为12K、24K和36K。

2.3 碳纤维上浆剂类型

碳纤维上浆的目的是提高纤维的加工性能,确保纤维与树脂基体的相容性。TORAYCA®碳纤维有多种类型上浆剂,主要如下表所示:

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可根据上浆量进一步调整纤维的加工性能和粘合性能。通常,较低的上浆量可提高丝束的可伸展性,而较高的上浆量有助于在要求更高的应用中保护纤维。

 

3   CMA公司碳纤维产品主体性能指标


目前CMA公司销售的碳纤维类型涵盖了上述标准模量、中模量和高模量碳纤维,但是实际上在美国工厂生产的碳纤维主要有6款:T700S、T700G、T800S、T910S、T1100S和T1100G。

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T910S是CMA一款独一无二的产品,因为东丽在日本工厂并不生产该牌号产品,其拉伸强度为6070MPa、拉伸模量为278GPa,断裂伸长率则高达2.2%。公司在售产品类型及主体性能指标如下表所示:

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来源:碳纤维及其复合材料技术

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