碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料概述

1、1碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料概述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料概述摘要摘要：本文對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行了介紹，詳細(xì)介紹了其優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。并對(duì)碳纖維復(fù)合材料存在的問(wèn)題提出建議。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：碳纖維，復(fù)合材料，應(yīng)用Abstract:Inthispaperthecarbonfiberreinfcedcompositematerialsareintroduceditsadvantagesapplicationwasintroducedindetail.putsfw

2、ardSuggestionsontheproblemsexistinginthecarbonfibercompositematerials.Keywds:carbonfibercompositematerialsapplications1.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料介紹碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料介紹復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同品質(zhì)的材料通過(guò)專門(mén)的成型工藝和制造方法復(fù)合而成的一種高性能新材料，按使用要求可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料，到目前為止，主要

3、的發(fā)展方向是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，但現(xiàn)在也正在發(fā)展集結(jié)構(gòu)和功能一體化的復(fù)合材料。通常將組成復(fù)合材料的材料或原材料稱之為組分材料（constituentmaterials），它們可以是金屬陶瓷或高聚物材料。對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料而言，組分材料包括基體和增強(qiáng)體，基體是復(fù)合材料中的連續(xù)相，其作用是將增強(qiáng)體固結(jié)在一起并在增強(qiáng)體之間傳遞載荷；增強(qiáng)體是復(fù)合材料中承載的主體，包括纖維、顆粒、晶須或片狀物等的增強(qiáng)體，其中纖維可分為連續(xù)纖維、長(zhǎng)纖維和短切纖維，按纖維材料

4、又可分為金屬纖維、陶瓷纖維和聚合物纖維，而目前用得最多的和最重要的是碳纖維[1]。碳纖維是一種直徑極細(xì)的連續(xù)細(xì)絲材料，直徑范圍在6～8m內(nèi)，是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型材料。目前用在復(fù)合材料中的碳纖維主要有兩大類(lèi)：聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維，分別用聚丙烯腈原絲（稱之為前驅(qū)體）、瀝青原絲通過(guò)專門(mén)而又復(fù)雜的碳化工藝制備而得。通過(guò)碳化工藝，使纖維中的3的近20倍，是鋁6061T6的近10倍；其比模量則超過(guò)這些鋼和鋁材的3倍。這些特性使CF

5、RP材料的利用效率大為提高，實(shí)際證明用CFRP代替鋼或鋁可減輕重量達(dá)20%～40%，因而在許多工業(yè)領(lǐng)域特別是在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。業(yè)內(nèi)專家指出，飛機(jī)自重每減少1kg，相當(dāng)于五百萬(wàn)美元的累積經(jīng)濟(jì)效益，由此可以看出復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的重要地位。不僅如此，其他如汽車(chē)、海運(yùn)、交通等與運(yùn)行速度要求有關(guān)的部門(mén)都會(huì)因采用復(fù)合材料而大為受益。2）材料性能的可剪裁性（tailability）大多數(shù)CFRP可通過(guò)設(shè)計(jì)增強(qiáng)纖維的取向及用量來(lái)對(duì)結(jié)

6、構(gòu)材料的性能實(shí)行剪裁，達(dá)到性能最佳化。例如，可把復(fù)合材料設(shè)計(jì)成在主受力方向上有足夠的纖維取向來(lái)承受載荷，其他方向有適當(dāng)?shù)睦w維來(lái)承受剪切載荷或其他載荷，而這種多纖維取向結(jié)構(gòu)的成型又可通過(guò)不同的成型技術(shù)來(lái)完成。復(fù)合材料的這種性能可剪裁性，不僅可提高材料的使用效率，而且有助于從材料到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造實(shí)行一體化，既簡(jiǎn)化了制造程序，又降低了制造成本。3）成型工藝的多選擇性復(fù)合材料技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，到現(xiàn)在有數(shù)十種不同的成型工藝可供選擇，如熱壓罐

7、、模壓、纖維纏繞、樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）、拉擠、注射、噴塑、搓管以及大型復(fù)雜部件的共固化整體成型技術(shù)等，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)構(gòu)件的性能、材料種類(lèi)、產(chǎn)量規(guī)模和成本等因素選擇最適合的成型方案。4）良好的耐疲勞性能層壓的CFRP對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)張有“抑制”作用，這是因?yàn)楫?dāng)裂紋由表面向內(nèi)層擴(kuò)展時(shí)，到達(dá)某一纖維取向的層面時(shí)，會(huì)使裂紋擴(kuò)展在該層面內(nèi)呈現(xiàn)斷裂發(fā)散，這種特性使得CFRP的疲勞強(qiáng)度大為提高。研究表明鋼和鋁的疲勞強(qiáng)度是靜力強(qiáng)度的50%，而CFRP可