也正因为如此，所以我一直觉得用于火箭整流罩、发动机喷嘴的碳/碳复材，真是设计开发的独具匠心。
话说回来，对于碳纤维层压板防火，树脂种类与性能是一方面，通过铺层设计，也能有效提高层压板的耐火性能。
德国联邦材料研究与测试局 (代号 BAM )的研究人员就提出一种防火方法，即在碳纤维增强聚合物（CFRP）层压板结构中加入保护性夹层。
研究验证了使用五种不同保护夹层的六种不同的 CFRP 层压系统。层压结构经过特别设计，由8层碳纤维层（分两部分：6CF 和 2CF）和2层保护性夹层组成的层压板，最前端部分在受控燃烧中牺牲，从而保护由 16 层碳纤维层组成的底层部件。研究评估了层间厚度和材料类型对耐火性的影响。分析了残留物的破坏模式。
参考试样是由 24 层碳层组成的准各向同性 CFRP 层压板：[±/90/-0/+/90/0/-/90/+/0]s。图 1 显示了层压板铺设过程中中间层的位置。层压板的第一部分（6 层碳纤维）、第一层夹层、2 层碳纤维和第二层夹层被牺牲掉，作为层压板其余16 层碳纤维的保护层。
（图1. 复合板防火夹层示意图）
6 种不同的 CFRP 层压板系统采用不同的保护夹层制备。试样的照片如图 2所示。
（图2. 6 种不同的CFRP层压板系统）
静载试验
极限破坏荷载是在室温下（无火）通过静态荷载试验确定的。对试样施加缓慢增加的压缩荷载，直至失效。带有保护性夹层的层压板取得了相同的结果，表明在 CFRP 层压板中加入额外的夹层不会对机械性能产生负面影响。此外，还对两个切割后边缘有轻微缺陷的试样进行了静载荷试验。对于这些试样，观察到破坏载荷明显降低，这意味着层压板制备是直接影响材料最终性能的关键步骤。还需要进行更多的测试（如弯曲测试、冲击测试、疲劳测试），以观察附加夹层对层压板机械性能的影响。
耐火试验
事先在试样上施加 10%的极限破坏荷载（8 千牛），并在整个燃烧试验过程中保持恒定。燃烧器加热 30 秒后，直接向试样的一侧施加火力，并测量失效时间。在 TracerDAQ 软件显示的载荷-时间曲线图上，失效时间急剧下降。图 3 显示了台式耐火试验装置。
（图3. 实验室规模的耐火性测试）
使用 X 射线计算机断层扫描 (XCT) 系统分析故障。
带保护夹层的 CFRP 板的防火稳定性试验
厚度是对耐火性有重大影响的关键参数。根据研究，随着 CFRP 外壳试样厚度的增加，临界屈曲载荷也会显著增加。虽然所有试样都由相同的 24 层碳纤维层组成，但每个系统都有不同厚度的保护夹层，从而导致最终试样厚度不同。图 5a 显示了厚度对破坏时间和破坏时温度的影响。除 CFRP/陶瓷/钛层压板外，试样的破坏时间随着厚度的增加呈线性增长。然而，在厚度相同的情况下，CFRP/陶瓷/钛的破坏时间几乎是 CFRP/橡胶/PEI的两倍。这表明，试样的耐火性并不仅仅取决于其厚度，还取决于每个保护夹层的固有特性。
表4显示了台架规模火灾稳定性试验中记录的失效数据。图 6a 显示了火灾稳定性测试后的纯 CFRP 试样。图 6b 显示了 CFRP 残留物的侧视图，说明了不同的失效模式：分层和扭结带。所有带有集成夹层的试样都延长了失效时间（长达 10 倍），并显著提高了耐火稳定性。导热系数较低的保护性夹层可起到隔热和减少热量传播的作用。
在暴露于火中时，层压板表面会迅速升温，超过分解温度。随后，热量向内传播，保护性夹层有效地降低了热传导率。随着层压板厚度的增加，层压板的分解速度会减慢，从而降低导热系数和平均温度，并延迟基体的软化。
（图6. 纯 CFRP 残留物。(a) 侧视图；(b) 顶视图）
（表4. 实验室耐火试验结果）
保护层的位置及其功能
在两个系统中的两个不同位置使用同一种材料，可以研究层压结构中保护层的位置如何影响结果。陶瓷复合材料作为第一层保护夹层被应用于三种不同的系统中，虽然玄武岩纤维的工作温度限制较高（700 °C），但使用玄武岩毡的层压板厚度最薄，失效时间也最短。尽管失效时间较短，但CFRP/陶瓷/玄武岩层压板背面测得的温度为77.8°C，与橡胶垫层压板的温度相同，后者在火中多暴露了30秒。虽然 CFRP/陶瓷/橡胶试样的厚度最大，但它的破坏时间明显长于CFRP/陶瓷/钴层压板。由此可见，与其他保护性夹层相比，钛箔具有更强的结构完整性，即使厚度相差无几，也能显示出卓越的性能。
带有钛箔的层压板在失效时会出现分层并分离成两个不同的部分。图 7a 显示了钛箔作为第一层保护夹层应用于 CFRP/Ti/PEI 的照片，图 7b 显示了该层压板的其余部分，包括2层CF、PEI 箔和16层CF。PEI 箔能够在 CFRP 层压板内与气体形成隔绝间隙，从而有效防止热量快速传递到深层。此外，CFRP/陶瓷/钛（图 7b）中作为第二层保护夹层的钛箔没有传递区域，导致第一层保护层和 8 层 CF 层（分两部分铺设）与火焰的距离增加。陶瓷层作为最初的保护夹层，有效地起到了阻隔作用，阻止了大量热量传递到内部层压板层。
WHIPOX 陶瓷复合材料的特点是孔隙率高，可以改善与碳纤维的粘合，从而增强层压板的结构完整性。此外，CFRP/Ti/PEI结构的失效时间仅为CFRP/陶瓷/Ti层压材料的三分之一，表明了第一层保护夹层作为主要隔热屏障的关键作用，它限制了热量快速传递到层压板结构的深层。因此，为初始阻隔层选择合适的材料是一个重要的设计方面，对层压板的耐火性能有重大影响。
（图7. 分解残留物的照片：(a) CFRP/钛/PEI 和 (b) CFRP/陶瓷/钛层压板）
在将橡胶垫作为第一和第二个保护夹层的层压板中，当加热到200°C以上时，“高温恒温器”橡胶垫会开始膨胀，形成一道防火防烟屏障。图 8展示了由橡胶垫组成的层压板残留物的顶视图。
（图8. (a) CFRP/橡胶/PEI 和 (b) CFRP/陶瓷/橡胶残留物的顶视图）
对由 CFRP、麻纤维和玄武岩毡组成的层压材料进行的耐火性评估显示，其防火能力可与市面上的合成中间层媲美。大麻纤维在层压结构中表现出优异的隔热性能，与带有陶瓷层和橡胶垫（CFRP/陶瓷/橡胶）的层压结构相当。麻纤维具有很好的隔热性能，因此经常被用作建筑物的隔热材料。总之，将 CFRP 层压材料与麻和玄武岩毡等天然纤维结合使用，在要求增强耐火性的应用场景中具有广阔的前景。这种组合有望为传统合成材料提供一种可持续的高效替代品，从而满足对防火性能要求极高的应用需求。
集成防护夹层可以显著提高CFRP层压板的防火稳定性。
防护夹层显著延缓了整个层压板结构中的热量传递，从而延长了软化时间并降低了加热速率。
选择合适的防护夹层材料是一个关键的设计考虑因素，直接影响层压板的防火性能。
