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美國Specialty Materials公司是全球領先的供應商，專門提供高品質的硼纖維、碳化硅纖維和先進復合材料。他們的高性能纖維已經在多個領域得到應用，包括航空、航天、體育用品和工業應用等，這些領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成功應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。這些應用正在革命性地改變軍用和偵察飛機、燃氣輪機發動機部件、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）復合材料

該公司開發Hy-Bor®復合材料是通過將特種硼纖維與碳纖維相結合的一種高性能材料，可提供優異的碳纖維增強效果。Hy-Bor®復合材料的典型優勢在于其具有優異的壓縮強度，高壓縮強度使得Hy-Bor®可以最大限度地降低復合材料層密度和制造成本。

上圖中第一種產品為硼纖維復合材料，隨后是兩種Hy-Bor®硼/碳復合材料、三種碳纖維樹脂基復合材料和三種玻璃纖維樹脂基復合材料，從圖中可以看出隨著硼纖維的引入，兩種Hy-Bor®硼/碳復合材料具有明顯的高壓縮強度優勢。

當使用Hy-Bor®時，設計師可以減少厚度，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。基于這些原因，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(CTE)，Hy-Bor®復合材料也可以用于太空應用；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，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氣相沉積法生產。硼纖維本身就是一種復合材料，作為芯材，通常使用直徑為12.5um很細的鎢絲通過玻璃反應室，鎢絲電阻加熱后引起反應室內三氯化硼與氫氣反應，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氧樹脂或鋁制成復合材料，用于航空和航天，如管道支柱和電子零件的散熱/冷卻板：風扇葉片、機翼皮革、起落架等，飛機發動機的發動機。也可用于制造網球拍、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、航空領域最早使用的高性能纖維之一

硼纖維是航空領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和研制硼纖維(AFML)，其目的是研究用于制造高性能系統的尖端飛機的輕質、高韌性增強纖維材料。現在，商業規模生產和持續研究是以美國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域占有一席之地。航運業主要用于飛機的零部件。

兩代Hy-Bor®硼/碳復合材料產品的發展

1、第一代（Gen1）Hy-Bor®產品

公司Gen1 Hy-Bor®產品使用日本三菱MR40碳纖維、Newport 301（NCT301）250°F固化環氧樹脂以及公司生產的硼纖維（直徑4mm）相復合。除了三菱MR40碳纖維以外，Hy-Bor®復合材料可以被制造成包含任何市售碳纖維的預浸料。通過改變預浸料中硼纖維的間距，可以實現材料性能和成本的定制化，從而滿足各種苛刻應用。

Hy-Bor®復合材料作為一種硼纖維和商用碳纖維預浸料的混合材料，可以顯著提高彎曲和壓縮性能、提高開孔壓縮強度，并且在考慮壓縮關鍵設計中可以減少碳纖維層的數量，其性能可根據不同的硼纖維使用量（比如硼纖維數量208根）和碳纖維預浸料配置進行定制。

2、第二代（Gen2）Hy-Bor®產品

Gen 2 Hy-Bor®復合材料是下一代高端混合復合材料，根據終端應用領域，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。

Gen2 Hy Bor®復合材料的主要優勢包括：a）、含硼體積約為40%；b）、二代 Hy-Bor®產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合材料的壓縮相關性能；d）、由于碳纖維嵌入到硼纖維內部，因此Hy-Bor®可以實現高達70%的纖維體積。

除此以外，Gen2 Hy Bor®復合材料還采用更高溫度的樹脂。樹脂應用需要考慮有氧和無氧環境，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、環氧樹脂和氰酸酯缺少熱氧化穩定性。

該公司目前正與日本東麗、美國威奇托州立大學國家航空研究所（NIAR）合作，為國家先進材料性能中心（NCAMP）數據庫鑒定幾款第2代Hy-Bor®復合材料，其中東麗公司提供樹脂選項包括：

· TC380：新開發的具有增強熱/濕性能的增韌環氧樹脂

· RS-8HT：具有優異高溫性能的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：具有優異高溫性能的聚酰亞胺

關于Specialty Materials

特種材料公司/Specialty Materials（美國馬薩諸塞州洛厄爾市）是一家高品質硼和碳化硅纖維產品、先進復合材料和高純度硼納米粉的供應商。該公司是一家經過認證的女性所有的小企業，并獲得了美國小企業管理局頒發的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預浸料組合。Hy-Bor被用作碳纖維復合材料結構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用的壓縮性能。

該公司在Hy-Bor產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氧樹脂、氰酸酯、雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺樹脂系統，用于陸地和天體應用。具體性能是高度可調的，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合材料應用。

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
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Specialty Materials公司的硼碳復合材料創新