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碳纤维增强尼龙复合材料的研究

碳纤维增强尼龙复合材料的研究
碳纤维增强尼龙复合材料的研究

山东科技大学

本科毕业设计(论文)开题报告题目碳纤维增强尼龙复合材料的研究

学院名称材料科学与工程学院

专业班级高分子材料与工程2009-1

学生姓名王晶

学号 200901130120

指导教师张如良

填表时间: 2013 年 4月2日

填表说明

1.开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期完成,经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式,用A4纸打印。

4.参考文献不少于8篇,其中应有适当的外文资料(一般不少于2篇)。

5.开题报告作为毕业设计(论文)资料,与毕业设计(论文)一同存档。

连续碳纤维增强尼龙复合材料的研究

收稿日期:!""!#"$#%% 基金项目:天津自然科学基金资助课题("%&$"’!%%)特约专稿作者简介:郑立允(%($(#),女,河北宁晋人,硕士。研究方向:材料工程。文章编号:%"")#$)’&(!""!)"&#""%$#"’连续碳纤维增强尼龙复合材料的研究 郑立允%,赵立新%,王玉林!,万怡灶! (%*河北建筑科技学院,河北邯郸"+$"&,;!*天津大学材料科学与工程学院,天津&""")!) 摘要:研究了碳纤维对--./0-12力学性能的影响以及--./0-12的摩擦学性能和磨损机制。结果表明,--./0-12的弯曲强度、 弯曲弹性模量、冲击强度和平面剪切强度随碳纤维含量的增加而提高;--./0-12的摩擦系数和磨损量随着载荷的增加而降低。其磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损的特征。 关键词:碳纤维;单体浇铸尼龙;复合材料;摩擦学性能;磨损机制 中图分类号:34&!)5&文献标识码:2 !引言 尼龙塑料由于其优良的摩擦学性能主要用于制作干摩擦或少润滑场合下的摩擦件,用以替代铜、铝、 钛合金、钢铁等多种金属材料[%]。单体浇铸(0-)尼龙相对于普通尼龙聚合度高,分子量与结晶度大,具 有优良的物理机械性能;与金属材料相比,0-尼龙的强度和模量均较低, 耐热性较差,且难以承受重载荷。连续纤维增强聚合物材料,可以提高或改善聚合物的性质,如刚度、强度、耐热性、热膨胀性能、摩擦 学性能等[!#&]。而用连续碳纤维增强0-尼龙还未见报导。鉴于此,本文对连续碳纤维增强0-尼龙的力学性能及摩擦学性能进行了研究。 "实验部分 本试验所用材料为自制0-尼龙、连续碳纤维增强0-尼龙(简称--./0-12),碳纤维的体积分数为 %!67!’6。碳纤维为3&""高强度聚丙烯腈基碳纤维,其密度为%*)$8/9:&,单纤直径为$7,! :,由日本进口,将碳纤维进行’+";/%<空气氧化处理。 摩擦磨损试验在00#!""型摩擦磨损试验机上进行,试样尺寸为!+::=)::=$::,表面经$"">砂纸打磨。对磨偶件为’+>钢试环,热处理硬度为’"7’+?@-,直径’"::,厚度%"::,表面粗糙度@A B "*&!7"*$&! :。用丙酮清洗试样和试环表面。滑动速度为"*’!:/C 。试验载荷分别为+"D 、%+"D 、!+"D ,滑动时间为$":EF 。 通过记录摩擦力矩!(取记录平均值)及环的半径"和载荷#,利用公式!B !$("#) 计算得到摩擦系数。通过测量磨痕的宽度计算出磨损体积,再计算出单位体积和单位载荷下的磨损体积损失,并以此评价磨损率G 。 采用DHIJ

碳纤维复合材料芯导线在新建与改造线路应用技术经济分析

碳纤维复合材料芯导线 在新建与改造线路应用技术经济分析[摘要]碳纤维复合材料芯导线的出现为线路增容和减少输电走廊等问题的解决提供了一种途径。本文分析了其优点并调研了其在国内外的科研、应用情况。本文结合我国220kV改造线路和500kV新建线路的典型参数,计算分析了应用碳纤维复合材料芯导线的技术经济性,从结果可见碳纤维复合材料芯导线的应用从技术上讲是可行的,从经济上讲是合理的。 [关键词] 碳纤维复合材料芯导线,500kV新建线路,220kV改造线路,技术经济比较; 1.前言 随着我国经济的快速发展,电力需求不断增长,电力负荷不断增加。在土地资源日益稀缺、用电需求持续增长的情况下,如何使输电走廊尽可能少地占用土地资源,又能提高电网的输电能力,已经成为日益重要、亟待解决的难题,提高新建线路的单位输送容量和实施现有线路的扩容改造是两条有效的途径。 相比于同规格的钢芯铝绞线,碳纤维复合材料芯导线具有质量轻、抗拉强度大、线膨胀系数小、弧垂小、载流量大、耐高温、耐腐蚀等特点。[1]碳纤维复合材料芯导线的共同特点是芯主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。碳纤维是由含碳量较高且在热处理过程中不熔融的人造化学纤维,经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的特种纤维。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,同时沿纤维轴方向表现出很高的强度,具有很高的比强度。碳纤维增强环氧树脂复合材料比重

小、刚性好、强度高,其比强度、比模量等综合指标在现有结构材料中是最高的,能够满足输电导线在强度、刚度、重量、疲劳特性等方面的严格要求。 [2]碳纤维复合材料芯导线技术的工程应用推广,符合国家电网公司推动“两型三新”线路建设的精神,不仅对于提高输电线路的输送容量和电网的安全可靠性,以及降低架空输配电工程总造价具有非常重要的意义;还将促进新技术、新工艺、新材料的研究;也势必推动国内相关产业的技术升级与进步。 碳纤维复合材料芯导线能否在新建线路和扩容改造工程中应用,不仅要在技术上可行还要在经济上合理,因此要结合具体的工程进行技术经济比较。 2 国内外研究和应用现状 2.1 日本的概况 20世纪90年代,日本昭和电线电缆株式会社、东京制纲株式会社和东北电力株式会社共同开发了一种称为ACFR(碳纤维芯铝绞线)的低驰度导线,主要用于解决既有架空输电线路导线弧垂过大、对地净距不足的问题。其基本思想是用相同直径的碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)代替一般钢芯铝绞线(ACSR)中的钢芯,结构和外观如图2-1所示。复合材料芯的质量是常规钢芯的约1/5,线膨胀系数约为1/12。试验证明,这种新型复合材料芯导线的抗拉强度远远超过了ACSR,在常温下的应力——伸长特性呈现弹性体,没有塑性变性,断裂时的伸长量比钢绞线小,约为1.6%。耐热性基本与ACSR相同。ACFR在提高导线强度、降低导线重量和驰度方面具有突出的优点,其迁移点温度约为70℃,运行温度达150℃,重量比相同直径的ACSR导线轻30%。当导电体采用耐热铝时,可以得到耐热性能更好的TACFR导线,在降低导线驰度的同时,提高导线的载流量[3]。ACFR是ACSR 一对一的材料替换,导线外形、结构构造形式和尺寸与传统导线完全一样。

碳纤维材料性能及应用

碳纤维材料的性能及应用 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。 碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。另外,碳纤维是指含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。 性能特点: 碳纤维的比重小,抗拉强度高,轴向强度和模量高,无蠕变,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,耐腐蚀性好,纤维的密度低,X射线透过性好。但其耐冲击性较差,容易损伤,在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,碳纤维在使用前须进行表面处理。总之,碳纤维是一种力学性能优异的新材料。 应用领域: 用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧,而且消耗动力少,推力大,噪音小;用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的储存量和运算速度;用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中,北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应,其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云,这些导电性纤维使供电系统短路。 目前,人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维,只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)做原料,将有机纤维跟塑料树脂结合在一起,放在稀有气体的气氛中,在一定压强下强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料,其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化(在3800K以上升华),而在各种溶剂中都不溶解,所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化:在空气中加热,维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构,以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化:在惰性气氛中加热至1200-1600度,维持数分至数十分钟,就可生成产品碳纤维;所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气,但一般多用高纯氮气。C石墨化:再在惰性气氛(一般为高纯氩气)加热至2000-3000度,维持数秒至数十秒钟;这样生成的碳纤维也称石墨纤维。碳纤维有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数),一般仅约为19克;拉力高达300KG/MM2;还有耐高温、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。目前,碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用。这种增强塑料比钢、玻璃钢更优越,用途非常广泛,如制造火箭、宇宙飞船等重要材料;制造喷气式发动机;制造耐腐蚀化工设备等。羽毛球:现在大部分羽毛球拍杆由碳纤维制成。【碳纤维】carbon fibre 含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含

连续碳纤维打印和短碳纤维打印的打印原理

连续碳纤维打印和短碳纤维打印的打印原理 碳纤维是由排列在一起的碳原子链组成的,且具有极高的拉伸强度。但是,当我们单独使用它们时,其薄而脆的特性使它们在任何实际应用中很容易破碎,所以其自我存在的价值并不高。然而,当使用粘接剂将纤维分组并粘附在一起时,纤维平稳地分布载荷,并形成一种非常坚固且质地轻的复合材料。其中,这些碳纤维复合材料主要是以片材,管材或定制模塑特征的形式出现,并广泛应用于航空航天和汽车等以强度重量比为主导的行业。而且,传统上使用的粘合剂多为热固性树脂。碳纤维可以提供与金属相当的强度,但其重量却非常轻,在需要考虑重量与强度比的行业,如航空航天、汽车、轨道交通等行业中有着广泛应用前景。传统工艺制造碳纤维过程十分复杂并需要大量人力劳动,采用3D打印技术无疑会使碳纤维复合材料的制造更为便捷,同时大大减少人工投入。 碳纤维打印技术

随着3D打印技术的发展,我们可以使用碳纤维进行3D打印。然而,与标准的碳纤维工艺不同的地方就在于所用的粘合材料不同。由于之前所用的粘结剂热固性树脂不会熔化,因此其不能通过喷嘴挤出,所以为了解决这个问题,3D打印机采用易于打印的热塑性塑料替代热固性树脂。虽然这些打印的部件不如树脂基质碳纤维复合材料那样耐热,但它们由于碳纤维的混入,确实增强了热塑性塑料的强度。 1. 短碳纤维打印 材料特点:短纤增强尼龙、PEEK、TPU等粉末材料 工艺特点:以一定比例混合短切碳纤维和尼龙材料,通过激光烧结实现一体成型。 通过FDM熔融挤出的方式打印碳纤维需要将碳纤维与热熔塑料一起打印。PETG这种材料,本身就有很好的延展性,而且它能在承受更高的CF负载的同时保持一定的延展性和抗冲击性。它能够很好地粘附在多种构建平台上,同时也具有优异的层粘合,而碳纤维的加入不仅增加了它的刚性和尺寸稳定性。 PLA可能是最容易打印的,ABS与PETG强度更大,尼龙难以打印,但比起其他材料耐磨性最好。如果要与工业级零件竞争,PEEK应该是理想的选择,PEEK最强,最耐热,化学和抗潮湿性能最好。桌面型打印机方面,Markforged的设备还可以用来制造尼龙碳纤

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品,ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点,实现了电力传输的节能、环保与安全。 ACCC碳纤维复合芯导线系列主要优点是: 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa,而AC CC导线的碳纤维混合固化芯棒,是前者的两倍。 2.导电率高,节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应,而且在输送相同负荷的条件下,具有更低的运行温度,可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂,降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性,在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2,能有效减少架空线的绝缘空间走廊,提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4,在相同的外径下,A CCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规AC SR导线轻10-20%,显示了ACCC导线重量轻的优点。 5、耐腐蚀,使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和,同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题,有效地延缓导线的老化,使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC碳纤维复合导线倍容量运行,而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点,可使杆、塔之间的跨距增大,高度降低,同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算,能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说,具有划时代的意义

碳纤维材料的性能

碳纤维材料的性能及应用 摘要:介绍了碳纤维及其增强复合材料,详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民 用领域的应用,并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。 关键词:碳纤维性能应用 0引言 碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料,不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性,在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证,则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化,以及制造技术水平的不断提升,碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展,借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验,牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐,对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料 碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料,简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中,它是最轻的材料;高温的强度好,在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性,抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料,纤维取向明显影响材料的强度,在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系,后来变成双线性关系,卸载后再加载,曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小,比热容高,能储存大量的热能,导热率低,抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好,热烧蚀性能是在热流作用下,由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好,高温形态稳定,升华温度高,烧蚀凹陷性,平行于增强方向具有高强度和高刚性,能抗裂纹传播,可减震,抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色,与玻璃纤维比较,模量高3?5倍,因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长(接连)纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中,大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工,从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型,在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为,长(接连)纤维有高强、高韧方面的优越性,短切纤维有加工性好的特色。因而,长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样,还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料,如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要:本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍,详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字:碳纤维,复合材料,应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料,按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料,到目前为止,主要的发展方向是结构复合材料,但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料(constituent materials),它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言,组分材料包括基体和增强体,基体是复合材料中的连续相,其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷;增强体是复合材料中承载的主体,包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体,其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维,按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维,而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料,直径范围在6~8 μm 内,是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类:聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维,分别用聚丙烯腈原丝(称之为前驱体)、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺,使纤维中的氢、

碳纤增强尼龙应用

基本的交通密度交通量,车辆荷载增加对现有桥梁的承载性能的相当一 部分满足了与能力的要求。因此,维护和桥梁结构的研究和工程应用的提高和增强,引起全球关注的其他领域。在第二十世纪 90 年在纽约大学,碳纤维增强塑料(CFRP)材料和价格下降,茶叶的质量和不使用碳纤维板生产,烧结材料增强外部有 A.从开始放弃碳纤维的特性分析钢铁(碳纤维)探讨了施工增强技术在桥 梁结构中的应用。纤维增强复合材料(FRP)的特异性,强度和刚度的土木工程 中的应用研究优良,优良的耐腐蚀性,已应用于钢筋混凝土结构的广泛的纤维增强混凝土桥梁工程中,对现有的新技术的形成,碳纤维增强复合材料(CFRP)的黑莓的应用。 随着中国经济的快速发展,交通问题已成为制约该地区经济发展的瓶颈。国 家建设道路、桥梁、其重要性。经过长时间的发展中国的桥梁,已达到相当高的水平。但许多桥梁建设时间较早,受当时的技术条件,建筑材料和经济上的限制,在中国现代公共事业的发展。桥梁工程是很常见的,和交通运输业的蓬勃发展,在整个地区的公路,覆盖率高长距离。需要更多的车辆,在负载增加的现代建筑,压力是非常大的道路。许多道路和桥梁出现了许多问题,在轧制负荷和长,需要加强。碳纤维材料和优良性能的碳纤维加固技术的应用是广泛应用于桥梁结构的施工。的原理,特点,在施工过程中,碳纤维加固技术的影响的分析,阐述了应用于碳纤维加固桥梁结构施工技术。使用这种技术为建筑行业的一些参考 二、碳纤维材料的基本特性 具有高强度的碳纤维连续碳纤维材料,单向增强复合材料的弹性模量高,排 列成束,固化的环氧树脂及其碳纤维增强树脂固化浸渍碳纤维布,碳纤维片材。特殊配方的树脂片浸渍树脂糊或粘贴钢筋混凝土桥面,树脂的固化形成一个复杂的新的力量的原始组成,一起工作。碳纤维片材的拉伸强度2400MPa~3400MPa,

碳纤维复合材料

碳纤维的研究现状与发展 摘要:碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,分子结构界于石墨和金刚石之间,含碳体积分数随品种而异,一般在0.9以上。 关键词:碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈(PAN)基、沥青基和粘胶基3种碳纤维,将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前,PAN碳纤维市场用量最大;按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维;按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维,其中小丝束初期以1K、3K、6K(1K为1000根长丝)为主,逐渐发展为12K和24K,大丝束为48K以上,包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能:(1)密度小、质量轻,密度为1.5~2克/立方厘米,相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2;(2)强度、弹性模量高,其强度比钢大 4-5倍,弹性回复l00%;(3)具有各向异性,热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂;(4)导电性好,25。C时高模量纤维为775μΩ/cm,高强度纤维为1500μΩ/cm;(5)耐高温和低温性好,在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;(6)耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外,还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

通常,碳纤维不单独使用,而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料,该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质,已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性,因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外,碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用,主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极,在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂(通常是环氧树脂)将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求,贴在结构物被加固的部位,充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用,来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板,增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上,获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质(比重是铁的1/4~1/5),拉伸模量比钢高10倍以上,耐腐蚀性能优异,可以手糊,工艺性好等优点。因此,碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物(约束裂纹发展、防止混凝土削落)和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维,即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝,其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料,干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法,是指纺丝液经喷丝孔喷出后,先经过空气层(亦叫干段),再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条,纺出的纤维体密度较高,

碳纤维复合材料芯导线规模化应用工程 复合材料芯软铝型线绞线及配套金具-技术规范通用部分-16.09.07

国家电网公司集中规模招标采购 碳纤维复合材料芯导线规模化应用工程复合材料芯软铝型线绞线及配套金具 招标文件 (技术规范通用部分) 国家电网公司 二〇一六年九月

1总则 1.1一般规定 1.1.1投标人应具备招标公告所要求的资质,具体资质要求详见招标文件的商务部分。 1.1.2投标人须仔细阅读包括本技术规范(通用部分和专用部分)在内的招标文件阐述的全部条款。投标人提供的复合材料芯软铝型线绞线(以下简称导线)及其配套金具应符合招标文件所规定的要求。 1.1.3本技术规范提出了对导线及其配套金具的技术上的规范和说明。 1.1.4本技术规范提出的是最低限度的技术要求,并未对一切技术细节作出规定,也未充分引述有关标准和规范的条文,投标人应提供符合本技术规范引用标准的最新版本和本技术规范要求的全新产品,如果所引用的标准之间不一致或本技术规范所使用的标准与投标人所执行的标准不一致时,按要求较高的标准执行。 1.1.5如果投标人没有以书面形式对本技术规范的条文提出差异,则意味着投标人提供的产品完全符合本技术规范的要求。如有与本技术规范要求不一致的地方,必须逐项在投标人技术偏差表中列出。 1.1.6本技术规范将作为订货合同的附件,与合同具有同等的法律效力。本技术规范未尽事宜,由合同签约双方在合同谈判时协商确定。 1.1.7本技术规范中涉及有关商务方面的内容,如与招标文件的商务部分有矛盾时,以商务部分为准。 1.1.8本技术规范通用部分各条款如与技术规范专用部分有冲突,以专用部分为准。 1.2投标人应提供的资格文件 投标人应按下列内容和顺序提供详实的文件。投标人应保证所提交文件的真实性。 1.2.1 投标人应提供所投产品制造所依据的技术规范和工艺标准。 1.2.2 除以上内容外,投标人应对本技术规范书要求的其他内容明确应答或明确承诺。如果需要的话,投标人应免费提交招标人要求的供合理评标用的补充数据和资料。 1.2.3 投标人应提供有效期为5年(指试验报告出具日期至开标日小于或等于5年)的复合材料芯软铝型线绞线型式试验报告。型式试验报告的导线截面不小于所招标导线截面(型式试验报告中的复合材料芯棒厂家与本次投标的复合材料芯棒供应商应一致,大截面可代替小截面、高耐热等级可代替低耐热等级、高强度级别可代替低强度级别)。投标时应提供配套金具的制造商名称。 1.2.4投标人应承诺在供货前提供所招标导线型号规格一致的有效期为3年(指试验报告出具日期至开标日小于或等于3年)的导线、耐张线夹、接续管制造单位型式试验报告,。投标人应在供货前提供有效期为5年(指试验报告出具日期至开标日小于或等于5年)的悬垂线夹、间隔棒、防振锤、连接金具等配套金具制造单位的有效型式试验报告。耐张线夹、接续管、悬垂线夹、间隔棒、防振锤、连接金具等配套金具允许外购外协。 (a)复合材料芯软铝型线绞线型式试验包括绞线试验、芯棒试验和软铝型线试验。 绞线试验项目包括:常温拉断力、高温拉断力、应力-应变试验、线膨胀系数、弧垂-温度、常温蠕变、高温蠕变、过滑轮、振动疲劳、20℃直流电阻、截面积、外径、线密度、载流量、表面质量、节径比和绞向、平整度、紧密度、电晕及无线电干扰试验。 芯棒试验包括:外观、直径公差及f值、抗拉强度、线膨胀系数、密度、卷绕、扭转、固化度、径向耐压试验、玻璃化转变温度Tg、高温抗拉强度、弹性模量、耐荧光紫外老化、盐雾试验、玻纤层厚度。 铝单线试验项目包括:外观、尺寸偏差、机械性能、电性能。 (b)耐张线夹及接续管型式试验。

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 (上海市复合材料学会)(东华大学)(连云港鹰游纺机集团公司) 碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能,与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此,碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域的光辉业绩,尤为世人所瞩目。 可以明显看出,在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加,2006年比2001年增长约40%,2008年增长约76%,2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用,目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa,断裂应变高出T300 碳纤维的30%的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 (1)军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能,数据显示采用复合材料结构的前机身段,可比金属结构减轻质量31.5%,减少零件61.5%,减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量,国外第四代军机的结构重量系数已达到27~28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右,其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机,已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料:F-22的结构重量系数为27.8%,先进复合材料的用量已达到25%以上,军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人

碳纤维复合芯导线

1、前言 现代经济的飞速发展加速了电力工业的发展,也大大推动了输电线路的技术进步。架空输电导线作为输送电力的载体,在输电线路中占有极为重要的地位。为了安全可靠地多送电,各国有关科技工作者一直不断努力地寻求架空输电线路用导线,以取代各种传统的导线。长期以来,传统的架空输电导线主要使用钢芯铝绞线,为了提高防腐性能,开发了铝包钢芯铝绞线等。为了提高强度,开发了钢芯铝合金绞线,全铝合金绞线,铝包钢芯铝合金绞线等,为了提高导线的耐热性能和输送容量,开发了各种耐热铝合金导线;为了降低导线弛度,开发了用殷钢芯代替普通钢芯的低弛度导线等。 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料,具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能,正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外,在民品的发展上有着更加广阔的空间,并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。随着材料科学的不断进步,在上世纪90年代,人们尝试用碳纤维复合材料代替金属材料来制作导线的芯材,并取得了一定的成果,已开发出几种复合材料合成芯导线。 这种新型复合材料合成芯导线充分发挥了有机复合材料的特长,与现有各种架空导线相比,具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度低等优点。可以说,新型复合材料合成型导线是一种全新概念的架空输电线路用导线,它实现了电力传输的节能、环保与安全。 2、国际复合材料芯电缆产业现状及发展趋势 目前国际上在已取得一定成果的碳纤维复合材料芯导线中,日本的碳纤维芯铝绞线和美国的碳纤维和玻璃纤维混合芯铝绞线较为典型。其中日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右 日本是开发架空线路特种导线品种较多的国家。在新型复合合成芯导线方面,最早是作为一种改进型低弛度导线而提出的;而实际上新型复合材料合成芯导线的优点,远止低弛度一个方面。在架空输电线路中,由于周边环境的变化,有时会发生输电导线与线下被跨越物之间电气隔离距离不够的情况。为了确保隔离距离,通常需要迁移铁塔、改建或改造铁塔。但是,由于用地的制约以及铁塔造价等原因,解决电气隔离距离不够问题最好的办法是更换导线。早在20世纪70年代,在城网改造中,为了增加输电容量,对于架空送电旧线路导线对地距离和相间距离不够的问题,根据殷钢的线膨胀系数比普通钢小得多的特点,用殷钢芯代替普通钢芯,开发了作为低弛度导线的殷钢芯铝绞线。由于这种导线的结构与通常的钢芯铝绞线相同,原来的绝缘子和金具均可以照旧使用,施工工具也可以照旧使用,它能在于铁塔不变的情况下,仅更换导线就行。到了20世纪90年代,日本学者研究用碳纤维芯代替钢芯,开发出了一种新型复合材料合成芯导线,即碳纤维芯铝绞线。这种导线与通常的钢芯铝绞线具有相同的外径和强度,架线施工中不需要特殊的机具和方法。在这种导线中,通常的钢芯铝绞线的钢芯被用碳纤维制成的复合材料芯线所代替,这是一种重量轻、线膨胀系数小,具有良好弛度特性的

碳纤维增强尼龙66的研究

碳纤维增强尼龙66的研究 一、选题 聚酰胺(Polymaide,简称PA)俗称尼龙,是五大工程塑料之一,自1889年Gariel和Maass两人首先在实验室合成,已有100多年的历史。尼龙66不仅最先被开发出来,也是目前用量最大的工程塑料品种。因其大分子链中含有酰胺键,能形成氢键,具有强韧、耐磨、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀等优异的特性,特别是耐磨性和自润滑性能优良,摩擦系数小等特点,尼龙66在与其他工程塑料的激烈竞争中稳步迅速增长,从1998年至2002年的5年间,国内五大工程塑料市场需求保持30.3%的增长速度。但是尼龙66存在低温和干态冲击性能差,吸水性大等弱点,使其应用领域受到一定限制,为适应工业发展的需要,国内外研制出更多综合性能优越,可满足特殊要求的改性尼龙材料,使普通工程塑料向高性能的工程塑料和功能塑料发展,对尼龙的增强增韧技术进行了研究,使其进一步高性能化、结构化和工程化。 增强改性是在尼龙66中添加纤维、填料等具有增强作用的材料,使尼龙66的弯曲强度、拉伸强度等性能大幅度提高。具有增强作用的材料有纤维类、片状、针状超细(纳米)无机填料以及有机高聚物等。在PA66树脂中加入玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、钦酸钾晶须短纤维、芳香族聚酞胺纤维(KF)、无机矿物填料等,不仅保持了PA树脂的耐化学性、良好的加工性等固有优点,而且力学性能、耐热性有了大幅度提高,尺寸稳定性等也有明显改善。

玻璃纤维是纤维增强复合材料中应用最为广泛的增强体,它具有成本低、不燃烧、耐热、耐化学腐蚀性好、拉伸强度和冲击强度高、断裂延伸率小、绝热性及绝缘性好等特点。玻纤的比强度和杨氏模量比PA66大10到20倍,线膨胀系数约为PA的1/20,吸水率接近于零,且有耐热和耐化学品性好等特点。因而国外对GF增强PA66的研究非常活跃,20世纪70年代,美国的杜邦公司开发出超强PA66,掀开了改性尼龙的新纪元。随着增强PA66中GF含量逐步提高。国内外对高GF含量PA的研究较多,其中最典型研究应用部件是用增强PA66生产的汽车散热器水箱部件,作为冷却系统的重要工作部件。 碳纤维是1959年日本人进藤昭男发明,具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特点,与玻璃纤维相比,模量高3-5倍,因而是一种获得高刚性和高强度尼龙材料的优良增强材料。碳纤维大致可分为通用型、高强型、高模型、高强高模型四大类。通用型碳纤维是指抗拉强度在0.6-1.2GPa,抗拉模量在30-40GPa 左右,技术性能要求不高但价格要求便宜,广泛用于民用产品;高强型碳纤维的抗拉强度一般在 3.0GPa以上,名牌号指标也不相同,但抗拉模量要求较高,一般在300GPa以上,但对抗拉强度要求相对较低,主要用于要求形态稳定的部件,高强高模型碳纤维对抗拉强度和抗拉模量均要求很高,以日本东丽公司生产的M620J为例,抗拉强度达到3.92GPa,抗拉模量为588GPa. 人们在改进不同种类的碳纤维复合材料加工方法和性能方面投入了大量的研究。从预浸树脂到模塑法加工,从短纤维掺混塑料注射

碳 纤 维 复 合 材 料

江苏大学 碳 纤 维 复 合 材 料 学院:京江学院 姓名:赵京阳 班级:J高分子1101 学号:4111126015

碳纤维复合材料简介 摘要:人类发展的历史和材料发展的历史息息相关研究人类历史可以清楚地看到,人类历史上各方面的进步与新材料的创造、出现和应用是分不开的。本文今天来简要介绍一下碳纤维复合材料,包括它的原料、工艺、过度产品及各方面的应用。碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。不仅强度高,密度小,并且具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高位等优异性能,是一种很有发展前景的高性能纤。这些优异的性能使得人们对它的重视到了一个很高的高度。那么接下来我就来介绍一下有关碳纤维复合材料在各方面的的一些知识。 一、碳纤维复合材料发展史 碳纤维复合材料的发展史应包含碳纤维的发展史何其复合材料应用史。碳纤维是碳材料的一种新形式。我们已经知道碳材料结构由四种类型,一是无定形碳、而是石墨、三是金刚石、四是白碳。碳纤维含碳99%以上,主要是石墨和无定形碳,纤维形状是一种新的应用形式。1880年人类制造了第一批电灯泡,那是电灯泡的灯丝就是当时人类研制的第一批碳纤维,直到1901年发明钨丝后才不用它做灯丝了。到1950年美国空军材料研究所由于军工的需求,加紧对碳纤维研究,1959年由联合碳化合物公司实现了高强碳纤维的生产工艺。与此同时,1962年日本旭炭公司在远藤教授研究的基础上实现以聚丙腈纤维为原料,经过预氧化(不熔化)、1300℃以上高温炭化而得到有实用价值的通用碳纤维的工业生产线。1970年以后东丽公司、东邦公司相继参加聚丙烯腈基碳纤维的生产开发,形成2吨╱年的规模。1978年产量达1000t。20世纪80年代后期批量生产的M30、M60、T1000等石墨化程度更高的碳纤维。随后碳纤维在全世界需求量随年逐增 中国碳纤维的发展 我国从1968年开始研究碳纤维,很快研究出碳纤维1#,相当于T200的水平,1976年建成中试线,那是与日本东丽公司的差距为5年。后来碳纤维2#的研究久攻不下。差距已拉大20多年,无竞争可言。同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁,至今没能实现大规模工业化生产,工业及民用领域的需求长时间依赖进口,严重影响了我国高技术的发展,尤其制约了航天及国防军工事业的发展,与我国经济社会发展的进程极不相称。所以,研究生产高性能、高质量的碳纤维,以满足军工和民用产品的需求,扭转大量口的局面,是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。 国外碳纤维的发展 1959年日本发明了用聚丙烯腈原丝生产碳纤维的方法。1962年,日本东丽公司开始生产,之后又积极研制用于生产碳纤维的专用优质原丝,并于1967年成功生产T300PAN-CF。同时,英国皇家航空研究所,对PAN纤维生产技术进行技术改进,随后英国考陶尔公司利用这项技术开始生产高强度、高模量PAN 基碳纤维。1969年,日本东丽公司研究成功特殊的单体共聚PAN基碳纤维,结合美国、法国、德国也都引进或开发了PAN原丝基碳纤维的生产。原苏联开始主要研究以人丝为原料制造碳纤维,后转向PAN基碳纤维。另外印度、南斯拉夫、以色列、韩国也在以PAN原丝制取碳纤维方面开展了大量的研制工作。日本东丽公司的碳纤维研发与生产一直处于世界领先水平。

碳纤维增强复合材料在自润滑轴承中的应用综述

碳纤维增强复合材料的研究开发 嘉兴天翼科技有限责任公司唐清 2013年2月16日 以热固性树脂制成的轴承在市场上出现以来,在轴承领域里,各种聚合物和聚合物为主的各种混合物的应用已不断增加。可以用作轴承材料的塑料品种很多,如聚四氟乙烯、尼龙、聚酰亚胺、聚甲醛、低压聚乙烯等,它们都有很好的自润滑性,摩擦系数小,功率损耗比金属轴承约小15 %。聚四氟乙烯为目前氟塑料中综合性能最突出、应用最广、产量最大的一个品种,它有高度的化学稳定性,耐强腐蚀,极好的自润滑性,摩擦系数极小等特点。但纯聚四氟乙烯尺寸稳定性差,耐磨性差,而加入填充剂可以改善其摩擦性能,提高其硬度和强度。经过反复试验,我公司开发出新型热固型钨-碳纤维轴承,相比传统轴承,钨-碳纤维轴承具有更好的性能和性价比。 2 W-CFRP 轴承的工作机理与摩擦特性 2.1 W-CFRP 轴承的工作原理 W-CFRP 轴承一般与金属轴形成一对旋转摩擦副。 在跑合阶段,由于旋转轴表面有一定的粗糙度,具有不同的“凸峰”和“凹谷”,夸大来讲就好像钢锉一样对W-CFRP 轴承内表面产生磨削作用,磨削下来的W-CFRP 大部分填充到

凹谷中。随着转轴运动的持续进行,磨削下来的W-CFRP 粉末累积量不断增加,填充更多的凹谷。“磨削一填充”过程持续进行,导致转轴表面上所有凹谷均填满了W-CFRP 微屑。在转子重力作用下,凹谷内W-CFRP 微屑被压实,使轴外表面紧密粘附一层W-CFRP 膜层,且形成连续光滑面。这全过程完成了轴承内表面W-CFRP 的部分“转移”,转移的结果是:由金属与W-CFRP 两种材料变为W-CFRP 一种材料之间的相互摩擦。由于CFRP 良好的自润滑性能,因此在跑合以后的工作阶段,轴承表面的磨损量随之下降到一个极低的水平,从而使摩擦副表面得到保护,大大减轻了转轴与轴承表面的磨损,延长了工作寿命。 2.2 W-CFRP 轴承的摩擦磨损特性 自润滑轴承属于干摩擦,因此可根据古典摩擦理论的基本公式求出其摩擦力,进而求出轴承的耗功量。 F=fW 式中F—摩擦力,kgf ; f —摩擦系数:W —接触面积的法向载荷,kgf 。公式中的摩擦系数 f 只适用于干摩擦或边界摩擦的状况。对于任一给定摩擦副的表面,其摩擦力大致与载荷成比例,因而摩擦系数 f 为一常数。就初步近似而言,摩擦力也与物体的面积无关。然而摩擦系数 f 不能视为接触时材料的恒定特征值,因为摩擦力取决于许多可变因素,例如表面的宏观形状、表面粗糙度、表面可能形成

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