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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

强尼龙资料这些年开展很快,由于尼龙和碳纤维都是各自范畴功能优秀的资料, 其复合资料归纳表现了二者的优越性,强度与刚性比未增强的尼龙高许多,高温蠕变小,热稳定性明显

进步,尺度精度好,耐磨,阻尼性优秀,与玻纤增强尼龙比较有非常好的归纳功能,如表所示。

1.6%、 1.5%;线胀系数用活动方向/笔直方向表明。

复合资料的力学功能主要与根底树脂、增强纤维性质、纤维与树脂界面的联系程度、成型挤出技术、增强纤维的长度及散布状况有关。要想得到高强度的碳纤维增强PA66,应尽量使碳纤维坚持较大的长径比,在螺杆组合妥当的情况下,确保碳纤维必定的长度是有能够的,通常长度散布在0.2~.30mm 最大长度在0.5mm。

碳纤维增强尼龙与玻璃纤维增强尼龙有很大区别。碳纤维不耐剪切,在螺杆组合规划上

要确保剪切力恰当,使纤维长度在需求的尺度范围内。在熔融区要确保尼龙充沛熔融,在捏合区要恰当削减捏合元件,以确保碳纤维有必定的长度,才干发生较好的增强效果。在双螺

杆挤出中,在确保碳纤维在尼龙基体中涣散杰出的前提下,应尽能够确保碳纤维有较大的长

径比,以最大极限地发扬碳纤维的增强效果。

碳纤维是归纳功能很全部的资料之一,其报价也较为贵重。运用碳纤维增强尼龙,在进步尼龙的多项功能的一起,也使得制成品的本钱及加工难度相应进步。因而在满意运用条件

及规划余量的情况下,碳纤维有一经济参加量。经过试验,发现碳纤维参加量与制成的复合

资料力学功能之间存在着图所示的半定量联系

环氧树脂/碳纤纤维复合材料的成型工艺

环氧树脂(EP)/碳纤维(CF )复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来,随着人们对EP/CF复合材料言听计从的不断深入,其优异的性能不断凸现,促使其用是不是不断上升。20世纪70年代以前,EP/CF复合材料被视为昂贵的材料,价格约为玻璃纤维(CF)增强复合材料的10倍,只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以后,CF工业和EP工业迅速发展,EP/CF复合技术不断进步,加入到EP中的CF比例不断上升,目前CF的体积分数已可达60%以上,使EP/CF复合材料的质量提高而价格下降,拓宽了其应用领域,进一步促进了EP/CF复合材料的发展。

1 CF及其EP复合材料的基本特点

1 . 1CF的特点和基本成分

CF主要由碳元素组成,其含碳量一般在90%以上。CP具有耐高温,耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,与一般碳素材料不同的是,其各向异性显著,柔软,可加工成各种织物,沉纤维轴向表现出很高的强度,制备CF的主要原材料有人造毕(粘胶纤维)、聚丙烯腈

(PAN )纤维和沥青等。通常制备高强度、高模量CF多先用PAN为原料。制备CF需经过拉丝,牵伸、稳定、炭化、石墨化5个阶段

碳纤维复合材料优势

1、高强度(是钢铁的5倍)

2、出色的耐热性(可以耐受2000 C以上的高温)

3、出色的抗热冲击性

4、低热膨胀系数(变形量小)

5、热容量小(节能)

6、比重小(钢的1/5)

7、优秀的抗腐蚀与辐射性能

碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗

拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa 亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。

增强尼龙PA66性能

增强PA66--流动性的改善降低了PA66等热塑性材料的加工时间、成本及能源消耗。在其它所有性能相近的情况下,拥有良好流动性的材料在注塑成型中比低流动性的常规材料更受青睐。高流动性意味着注塑或填充压力更低,所需合模力也更低。因此,加工者可以选择更小型的设备生产部件。众所周知,一台注塑成型设备越大,运营成本也就越高;因此,高流动性材料可以为厂商创造更高价值。更优异的流动性也意味着注塑温度更低。这可以带来两个好处:加工周期缩短使生产率提高,以及注塑成型能耗降低。由于高流动性PA66具备更优异的流动性,基本可以实现长流径。制模难度随之降低,注点数量相应减少,从而可以

使用更少的昂贵的热流道喷嘴。巴斯夫测试结果表明用高流动性的生产部件所需加工温度更低,降温脱模更快,从而更快地从模具中取出部件。这使加工周期缩短了近30%如果加工者使用高流动性材料,就可以降低加工温度,同时更早的改铸部件,一举两得,这样既节约了能源,又提高了生产效率。高能源效率特别适合对加工周期有更高要求的后整理工序。

增强PA66--聚酰胺PA66材料在制成后会完全变干。如暴露在潮湿空气中或浸泡在水中,这些模制品会吸水,其吸水速度取决于其所处的具体条件。在加速条件下,如调湿处理时,它们可在极短的时间内吸收一定数量的水分,从而改善模制品的各种特性,如抗冲强度等。聚酰胺6、聚酰胺66及共聚酰胺66/6的吸水量相对较大,因此必须进行调湿处理。但调湿处理对新制注塑PA66部件几乎没有作用,因此无需进行。此时,除需要满足特定的尺寸规格等例外情况外,调节处理没有任何意义。对干的PA66部件进行调湿处理旨在使其尽快吸水。标准操作是在标准实验室环境(23C /相对湿度50%下,将部件的水分含量调节处理至平衡值。也可在其他气候条件(给定温度和相对湿度)下将部件的水分含量调节处理至平衡值。除非部件始终浸泡在水中,水分含量将无法达到最大值。但在操作实践中,只有在23C /相对湿度50%条件下的水分含量平衡值才具有实际意义。吸水使干的聚酰胺部件的特性和尺寸变化增大。如在使用条件下发生吸水,对于很多应用来说,变化都可能产生负面影响。因此,使用中将经受高弹性形变及高冲击荷载。

增强PA66--在正常条件下,PA66部件会从空气中极其缓慢地吸收水分,尤其是当其具有厚壁时。因此,如不进行调湿处理,其在经历一段非常漫长的时间后,才能达到水分含量平衡值,最终的尺寸在这之后方能固定下来。另一方面,如果要对部件进行调湿处理,如保存在潮湿空间(40C /相对湿度90%或浸泡在水中(40C),则可在短时间内达到水分含量的平衡值,由于调湿处理涉及一定的费用,只有当从一开始就必须确保聚酰胺的高刚性或尺寸稳定性时,调湿处理才是必要的。这一点也同样适用于玻璃强化级产品。另一个进行调湿处理的原因,是很多PA66工程部件在尺寸、强度和刚性上都规定要求窄的公差。从而势必要求部件的水分含量,必须与预期使用时的气候条件下的平衡状态严格一致,可通过向非强化级产品中加入一定数量的玻璃纤维,获得具有特定的水分含量的增强

级产品。例如,加入30%勺玻璃纤维后,增强级产品所含的水分仅为原非增强级

产品的70%而含25%玻璃纤维的增强级产品,其水分则为非增强材料的75%

增强PA66--水分在PA66中的扩散速度随温度降低而迅速降低。因而,即使环境湿度低,已吸收水分的释放速度仍然非常缓慢。这就是为什么PA66塑料在寒冷的气候下,即使在室外,仍能保持其刚性。水的增塑作用提高了聚酰胺的抗冲强度,并使其即使在温度为零下时依旧保持有效。通常,聚酰胺中吸收的水分被误认为会“凝固”,而实际并非如此。即使在低温及低的绝对环境湿度下,PA66材料通常不会完全变干及变脆。原因在于温度越低,释放水分的速度就越慢。由于线性尺寸的相关变化小于水分含量的轻微波动,在实际操作中,气候条件的波动通常可以忽略不计。当气候条件变化时,经调湿处理的部件将释放出水分,其释放速度与干燥的新模制状态下的吸水速度同样缓慢。换言之,环境湿度波动对模制品的水分含量的影响并不显著,且其发生有相当的滞后。

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》阅读练习及答案

阅读文章,回答问题。 碳纤维复合材料 ①2018年11月6日,两年一度的珠海航展上,中俄合作研制的280座远程宽体客机CR929,以1:1的展示样机首次亮相国际航展。在这款最新一代的大型飞机上,复合材料的使用比例有望..超过50%。同样,在去年5月5日首飞的C919大客机上,使用的复合材料占到飞机结构重量的12%。这里的复合材料,主要就是碳纤维复合材料。 ②碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必 不可少的战略基础材料。它不存在腐蚀生锈的问题。由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量,因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的卫星、火箭等宇宙飞行器,噪音小,质 量小,动力消耗少,可节约大量燃料。 ③碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具 实现“轻量化”的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多,新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的结构重量减轻了20%,比同类飞机可节省20%的燃油,从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。碳 纤维作为汽车材料,最大的优点是质量轻、强度大。它的重量仅相当 于钢材的20%到30%,硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展,并带来节省能源的社会效益。 ④随着航空航天、汽车轻量化、风电、轨道交通等行业领域对碳

纤维的需求爆发,碳纤维工业应用开始进入规模化生产。业内预测, 预计到2020年,全球碳纤维需求量将超过16万吨,到2025年,将超过33万吨。面对如此巨大而重要的市场,国内企业既要通过掌握 关键技术来实现碳纤维的稳定批量生产和大规模工程化应用,同时也要瞄准国产新一代碳纤维及其复合材料及早研发和布局,2016年2月15日,中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。2018年2月,中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线,这标志着我国已经牢牢站稳全球高端碳纤维市场的一席之地。 101.阅读选文第①段和第③段,回答问题。 (1)选文第①段加点词“有望”能删去?请说出理由。 (2)选文第③段画线句运用了哪些说明方法?有何作用? 102.随着科学技术的发展,请你设想一下生活中将会有哪些碳纤维 复合材料的产品。 【答案】 101.(1)不能删去,“有望”是有希望的意思,说明“在这款最新 一代的大型飞机上,复合材料的使用比例”未来有希望超过“50%”,该词体现了说明文语言的准确性和科学性。 (2)列数字、作比较,具体准确地说明了碳纤维作为汽车材料,最 大的优点是质量轻、强度大。 102.碳纤维复合材料制成的羽毛球拍、登山器械等体育休闲用品; 汽车、地铁等交通工具;以及碳纤维复合材料制成的衣服、家具等日

碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势 自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来,产业规模不断扩大,产品品质不断提高,2014年全球碳纤维产能(365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算)已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比,但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点,具有玻璃纤维所不能比拟的优势,已成为发展先进武器装备的关键材料,并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前,国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势,据估计,未来5年,先进复合材料将以每年5%的增速发展,而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展,全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%,亚太地区将会有更高的增长率,即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 因此,在目前碳纤维产业快速发展的关键时期,我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题,通过理性思考寻求解决途径,适时把握发展机遇,落实行动、注重实效,努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。 1、国外碳纤维产业现状及发展趋势 1)产业方面 根据前躯体原料的不同,碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN)基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒

性物质二硫化碳,且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高,因此目前,国际碳纤维产业领域,前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中,PAN基碳纤维又占据绝对优势,国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括:日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏(Hexcel)、氰特(Cytec)、卓尔泰克(Zoltek,已被东丽收购)、台塑、土耳其阿克萨(AKSA)和德国西格里(SGL)。沥青基碳纤维的生产和应用居其次,主要生产企业三家,分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。 PAN基碳纤维分为小丝束(1-24K)和大丝束(36K及以上)两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断,而来自中国、土耳其和韩国的企业,正不断扩充小丝束的全球产能,同时也降低了三家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外,中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力,Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中,其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要,几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如,日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地,目前已形成11000~12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力,并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨,2020年扩大至50000吨。另外,Hexcel

碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡

第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

碳纤维复合材料结构设计要点

强度与刚度 既然是结构部件,那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下,有抵 抗变形与破坏的能力,但是这个能力又是有限度的。 如何4定部件的使用载荷,不会超出部件的能力极限,是通过材料力学计算得出。而部件的 这个能力极限,就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。 通过合理的搭配纤维和树脂,优化纤维排布,用最少的材料,满足设计需求,体现了复合材 料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素,不但与纤维和树脂的种类有关,还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。 所以,设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时,需要考虑三个层级结构的力学性能。 由基体和增强材料复合而成的单层材料,其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各 相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。 由单层材料层合而成的层合体,其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的 厚度、铺设方向、铺层序列) 。 最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构,其力学性能决定于层合体的力学性能和结 构几何。 稳定性 除了强度与刚度要求,设计者还需考虑复合材料部件的失稳,尤其是对一些细长杆结构,在 受压时,应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件,如果铺层不均匀, 也会产生翘曲失稳,所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层,以防变形不均匀。 一般情况下,在部件没有达到极限载荷之下,不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊 要求,可以产生失稳现象,那么设计过程中,要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。 铺层结构 铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键,如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结 构部件上,铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点: 1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板,所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说,0°、±45°、90°的纤维都要有,否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。 2. 为了防止层合板边缘开裂,尽量避免重复单一方向的铺层,设计时最多不超过5层。 3. 为了防止最外层铺层的剥离,在部件的主载荷方向,应铺放±45°纤维,而不能铺放0°和90°纤维。另外,避免最外层铺层间断或不完整。 4. 若使用非对称铺层,每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲,因此,一般要采用对称 铺层。 5. 当增加补强铺层时,每层阶梯最少要3.8- 6.4mm,附加铺层也应尽量采用对称铺层。

2016-2020中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析报告

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2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景 预测分析 (最新版报告请登陆我司官方网站联系) 公司网址: https://www.sodocs.net/doc/bf10537519.html, 1

目录 2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 (3) 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 (3) 一、未来碳纤维复合材料发展分析 (3) 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 (3) 2、自动化生产 (3) 3、大规模生产 (3) 4、碳纤维复合材料废旧部件的再生回用技术 (4) 三、总体行业“十三五”整体规划及预测 (4) 第二节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业市场前景分析 (4) 一、产品差异化是企业发展的方向 (4) 二、渠道重心下沉 (5) 2

2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 一、未来碳纤维复合材料发展分析 碳纤维复合材料作为新兴的非金属材料具有广阔的应用前景。首先其广泛的应用于航空、航天等军事领域,并随着在军事领域应用的不断深入,相关的制造及使用技术日臻成熟,从而带动了碳纤维复合材料在民用领域应用的极大发展,主要应用在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等方面,并正在快速的取代传统金属材料成为结构用材的首选。 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 1、3D打印成型技术 3D打印技术技术是有望成为高效低成本制备各种碳纤维复合材料结构部件的创新工艺,为此近年来企业界、大学、科研院所、政府机构等,都在安排研发和改进3D打印技术,并取得了产业化成果。以往制备塑料和金属的3D打印机部件,能耗较高,尺寸有限,而应用于碳纤维复合材料时,不仅部件强度与刚性可提高,还可提高导热性和降低热膨胀系数,因此无需使用炉子,可消除所有尺寸限制。 2、自动化生产 汽车生产厂家现都采用机器人组装相对小和固定形状的部件,但这些机器人并不能加工大型碳纤维复合材料部件,因为这些部件缺乏形状固定性,因而多采用手铺制造和热压罐固化。如何加工大型碳纤维复合材料是未来重要的技术开发方向之一。 3、大规模生产 5年前日本公司在市场上导入了“Sereebo”长碳纤维增强热塑性树脂(CFRTP),并与GM汽车公司等合作开发其潜在市场。其中碳纤维的分布和取向是可控的,基材的各向同性可保持到最终部件,成型时间只有60s,它比铝合金轻20%~30%,并具有更好的耐疲劳性和抗冲击性而价格略高些,适用于汽车结 3

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、

碳纤维复合材料的应用与机械加工

碳纤维复合材料的应用与加工 1 应用领域 目前,碳纤维广泛用于民用,军用,工业,航天以及超级跑车领域。 图碳纤维复合材料不同领域所占比例 国外将碳纤维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。 由于碳纤维增强复合材料不但是轻质高强的结构材料,还具有隐身的重要功能,能有效地吸收雷达波,美国已用来制造最新型的隐形轰炸机。美国的P-22 超音速飞机的主要结构就是采用了中等模量的碳纤维增强的特种工程塑料。幻影III战斗机的减速降落伞盖和弹射的弹射装置也由这种材料制成。碳纤维已成功地用于飞机的肋条、蒙皮及一些连接件、紧固件等雷达波的吸收件。战斧式巡航导弹壳体、B-2隐型轰炸机的机身基材,F117A隐型飞机的局部也都采用了碳纤维改性的高分子吸波材料。 图美国B-2隐身轰炸机(机身基材) 图幻影III战斗机(减速降落伞盖和弹射装置) 图美F117A隐身轰炸机(肋条及蒙皮等) 英国ICI公司用碳纤维复合材料生产战斗机上的阀门,使飞机阀门在很宽的温度范围内与燃料长期接触也能保持其性能和形状的稳定;其它国家的飞机F/A-18、RAH-66、A330 / A340、B77、Y-22上面也都采用了这种材质来制造机翼、蒙皮、主承力结构、中央冀盒、地板、尾冀、设备箱体及结构件。 在民用领域,飞机25%重量的部件由复合材料制造,其中22%为碳纤维增强材料(CFRP)。这些部件包括:减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。 2 加工特点 碳纤维复合材料一般以叠合制成多层板使用,通常有两种复合形式,一种是碳纤维在基体中呈同向排列,即每层的纤维方向相同,通常称这种复合材料为单向纤维复合材料;一种

碳纤维复合材料在新能源汽车行业中的应用

近几年来,随着低碳环保意识、高新技术的不断发展,尤其是当前汽车轻量化的发展环境中,碳纤维复合材料(CFRP)凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性,成为了当下汽车产业的原材料首选,在汽车上的应用日渐普及。本文将对碳纤 维复合材料(CFRP)所具有的特性、及其在汽车行业的运用情况进行了深入探讨,力求为碳纤维复合材料(CFRP)的未来运用提供一定的参考。 0 引言 随着社会经济的快速发展,低碳节能、高效低成本已经成为各个行业市场竞争的必然选择,低碳环保、节能减排也是当前政府非常重视与强调的,尤其是工业生产与汽车产业。在政府、社会相关宣传与个人环保意识不断提升的推动下,汽车等相关领域不断创新与发展,为新型 低成本三维复合材料带来发展契机。碳纤维复合材料不仅具有良好的性能,诸如:超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等,在提升性能方面具有不可替代作用,还能降低车身的总体成本,非常有利于汽车赢得消费者的青睐并抢占更多的市场份额。碳纤 维复合材料在汽车车身中的运用已经成为世界各国争相发展的一门关键技术,尤其是具有成 熟汽车产业市场的欧美国家与日本,这些国家各大车厂在进行汽车生产的过程中都大量选用 了碳纤维材料,实现优化车体结构、降低汽车车身生产成本以及提高汽车性能的目标。 本文将深入探讨碳纤维复合材料的特性及其在汽车行业运用现状,结合碳纤维复合材料在 汽车行业中的运用实例,分析碳纤维复合材料所具有的优势,展望碳纤维复合材料在汽车行 业中的运用前景。 1 碳纤维复合材料《CFRP)介绍 1.1碳纤维复合材料概念 碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新 型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处 理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且 具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可 加工性,是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成的结构材料简称 碳纤维复合材料。 1.2碳纤维复合材料的特征 (1)超强抗拉弹性 碳纤维复合材料具有超强抗拉弹性,通常情况下高于3 500 MPa、这种强度是钢铁的7倍。另外,不但抗拉弹性远远高于钢,其比模量也远远高于钢。 (2)耐高温、耐腐蚀 相较于其他的材料而言,CFRP具有轻量化、刚强、柔韧性外,还具有耐高温、耐腐蚀、 耐疲劳等超强性能。除此之外,独特的碳结构让其拥有大面积的整体成型特征,同时,它还 拥有良好的稳定性与设计可塑造性,正是这些独有的特征让其可以在车轻量化实现线性增长。 (3)能量吸收性能优越 优越的能量吸收性能是CFRP材料在汽车中被广泛运用的主要原因。CFRP材料是同类的 钢质零部件质量的一半不到,是同类铝制零部件质量的70%左右,质量轻,还能抵抗更大的 冲击,足见CFRP材料的优越性。 1.3碳纤维复合材料发展历史与发展现状 从20世纪70年代开始,CFRP材料开始受到世界各国相关研究人员的关注。在国内的发

碳纤维复合材料LY模板演示教学

复合材料基础 姓名:梁雨 专业:化学 学号:2014122

碳纤维复合材料 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。

碳纤维及其复合材料的发展和应用(精)

·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝

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

国内外碳纤维企业大汇总

国内外碳纤维企业大汇总 分享到:0分享到微信朋友圈打开微信。点击“发现”, 使用“扫一扫”即可将网页分享至朋友圈。 发布日期:2016-08-09 17:59 来源:碳纤维资讯世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国等少数发达国家和我国的台湾省。 碳纤维原丝原料主要有三种:粘胶丝、聚丙烯腈、沥青。 其中,以聚丙烯腈为原料的碳纤维占市场份额75%,技术主要集中在日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝,美国的ZOLTEK、阿克苏、ALDILI 等手中。 国际上,碳纤维最大生产商东丽、东邦人造丝、三菱人造丝的产量合计占全球产量的一半。 今天为大家盘点一下国内外的碳纤维企业。 1. 日本东丽工业株式会社 日本东丽株式会社设立在日本东京中央区日本桥,创立于1926年1月,是一家以合成纤维,合成树脂起家,现设计涵盖各种化学制品,信息相关素材的大型化学企业。 公司主要生产尼龙、聚氨酯、长丝纱丙烯酸纤维、短纤维、聚酯纤维、丙烯酸纤维、人造纤维与塑料产品原材料、碳纤维、碳纤维合成材料以及注塑产品等。 2. 日本东邦人造丝公司 东邦人造丝公司成立于1950年7月,本部位于东京都中央区日本桥3-3-9西川大厦,主产丙烯酸、人造丝,PAN系碳纤维等。 3. 日本三菱丽阳株式会社 三菱丽阳株式会社是日本最大的腈纶纤维生产商,该公司主要生产化学品,塑料和纤维。除了主要acryrilic纤维外,三菱人造丝也是一种高尔夫球杆顶部材料。 4. 美国卓尔泰克公司 美国卓尔泰克公司(Zoltek)是世界领先的碳纤维生产厂家,年产13000吨碳纤维,及4000吨予氧丝。 碳纤维广泛应用于风力发电,基础设施等。公司还生产碳纤维予浸料,多轴布,符合各种工程塑料用的短切碳纤维,预氧丝。 5. 台湾塑料工业股份有限公司 公司成立于1954年,在纤维制品方面,包括亚克力棉、碳素纤维,其中亚克力棉年产能

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。

国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向

--] 诺贝尔学术资源网->材料资源->《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向[打印本页] 登录->注册->回复主题->发表主题 romanceliu 2008-01-15 17:37 查看完整版本: [-- 《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向 一.国外情况 1996年世界碳纤维生产能力15000t,实际产量约10000t左右,其中日本约占60%。日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发,东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业,它们都在积极扩展碳纤维生产,继续加强其在世界市场上的主导地位,并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制,碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。 随着航空航天飞行器各项性能的不断提高,对结构件用材料的性能要求也越来越高。今后日本先进复合材料的发展方向是:在增强材料方面,进一步提高碳纤维的强度和模量,降低成本;在树脂基体方面,主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性;在复合材料成型技术方面,进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术,从而同时提高复合材料性能降低制造成本。 美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维40%以上的市场在美国。美国1996年碳纤维生产能力约为4500t,其中卓尔泰克(ZOLTEK)公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线,1997年的总生产能力达3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。 它的产品有许多特色,最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。该公司生产的碳纤维价格已降至17.64$/kg,而日本东丽同类产品大约30$/kg。在应用方面,美国摩里逊(Morison)公司为达纳(Dcna)公司生产汽车传动轴,供通用汽车公司用;采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件,与钢材料相比,可减重60%。美国斯道顿复合材料公司(Stoughton)开发碳纤维复合材料集装箱,重量轻、耐磨,在碳纤维价格降至17.6$/kg时,此集装箱的价格可与金属集装箱竞争。

碳纤维复合材料的制备及其发展

化工材料及应用 碳纤维复合材料的制备及其发展 1

目录 1摘要: (3) 2引言 (3) 2.1产品简介 (3) 2.2生产方法 (3) 2.2.1手糊成型工艺 (3) 2.2.2 喷射成型工艺 (3) 2.2.3注射成型 (4) 2.2.4 纤维缠绕成型 (4) 2.2.5拉挤成型 (4) 3结论 (4) 4参考文献 (4) 2

碳纤维复合材料的制备及其发展 1摘要:碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量、力学性能优异的新材料,它的重量不到钢的1/4,但强度却可以远高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性、无蠕变、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好等优异性能。将碳纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的树脂基复合材料是目前最具应用前景的一种复合材料,在各行各业有着广泛的应用。 关键词:碳纤维;制备;复合材料 2引言 碳纤维(简称CF)是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料,不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼具纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成的结构材料简称碳纤维复合材料。它以碳或石墨化的树脂作为基体,以碳纤维或碳纤维织物为增强体。作为高性能纤维的一种,该材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用,被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表,为世人所瞩目[1]。 2.1产品简介 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法组成的具有新性能的材料,复合材料中的各种材料在性能上取长补短,使复合材料的综合性能比单一材料更为优异。碳纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的树脂基复合材料是目前最具应用前景的一种结构复合材料,近年来获得了较快发展,在航空航天、机械、电子、化工等领域得到了广泛的应用[2]。 2.2生产方法 碳纤维增强复合材料有多种制备方法,近年来,人们一直在改进不同种类的碳纤维复合材料的性能和加工方法,力求为这种性能优良的材料寻找到最佳的加工方法。目前主要成型方法有以下几种。 2.2.1手糊成型工艺 手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法、也是一种最简单的方法。它的最大特点是以手工操作为主,不受产品尺寸和形状限制,适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产;设备简单、投资费用少;可以满足多种产品的设计要求。这种方法不足之处在于生产效率低下;劳动强度大;环境不友好;产品稳定性不高。 2.2.2 喷射成型工艺[3] 3

碳纤维及复合材料的种类、制备和应用

碳纤维及复合材料的种类、制备及应用 杨晨材研0906 (北京化工大学材料学院,100029) 摘要:本文主要陈述总结了复合材料及其碳纤维的种类、制备及应用方面的相关知识。 关键词:碳纤维;复合材料;种类;制备;应用 1.复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。具有比强度高,比模量高,剪切强度和剪切模量高,高温性能高,耐热性高等特性广泛应用于各个领域。 1.1种类 复合材料按其性能高低可分为常用复合材料和先进复合材料;根据其用途可分为结构复合材料和功能复合材料;按照复合方式可分为宏观复合材料和微观复合材料。根据不同增强体形式可分为纤维复合材料、颗粒复合材料、片材复合材料和叠层复合材料。还有,可以根据基体材料的不同细分为:聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料。本文主要以基体材料的细分方式介绍复合材料的制备及其应用。 其生产流程见图1.1。 图1.1 复合材料制品的生产流程图 1.2聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是聚合物或俗称树脂作为基体与粒状、片状、纤维状填充组分作为增强体的复合材料。按基体的不同还可以分成热固性树脂基、热塑性树脂基和橡胶基。

1.2.1制备 其主要制备方法有:预浸料、手糊成型工艺、喷射成型、袋压成型、模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、熔融流动成型、增强反应注射成型和树脂传递模塑。 1.2.2应用 聚合物基复合材料在建筑、化学、交通运输、机械电器、电子工业及医疗、国防、航天航空及火箭等领域都有广泛应用。如手糊成型制得的广播卫星抛物面天线、太阳能电池帆板;纤维缠绕成型可制得雷达罩、火箭发动机壳、压力容器;模压成型制得的整体浴室和汽车保险杠等等。 1.3金属基复合材料 金属基复合材料是以金属、合金和金属间化合物为基体,以无机纤维和金属间化合物等为增强体,通过浸渗、固结工艺制成的复合材料。根据其基体的种类可细分为轻金属基、高熔点金属基和金属间化合物基。 1.3.1制备 金属基复合材料的主要制备工艺方法有:固相法、液相法和原位复合法。固相法主要有粉末冶金、固态热压法、热等静压法;液态法主要有真空压力浸渍法、挤压铸造法;原位复合法主要包括共晶合金定向凝固、直接金属氧化物法、反应生成法。 1.3.2应用 金属基复合材料主要可应用于航天、航空、汽车、医疗、体育用品等领域。如航天飞机中段主机身的B/Al关键桁架、臂状支柱;齿轮;高尔夫球杆击球头及各种支架等等。 1.4无机非金属基复合材料 无机非金属复合材料主要有陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和碳基复合材料。 1.4.1陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料是以陶瓷材料为基体,并以陶瓷、碳纤维和难熔金属的纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体,通过适当的复合工艺所构成的复合材料。主要可细分为高温陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料和玻璃陶瓷基复合材料。 其制备工艺主要有:粉末冶金法(颗粒)、浆体法(液体法)、热压烧结法、液态浸渍法、直接氧化法、溶胶-凝胶法、化学气相浸渍法(CVI)、先驱体转化和反应熔融浸渗(RMI)等。 陶瓷基复合材料可应用于切削工具方面及航空航天领域的研究。如刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强炭化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件,显示出优异的摩擦磨损特性,取得满意的使用效果。

碳纤维复合材料在汽车车身上的应用及主要制造工艺

一、未来汽车工业为什么用复合材料 复合材料可以减轻车身重量,降低油耗,减少尾气排放,提高装载量;其抗冲击性强,能量吸收能力强,可以非常好地改善汽车的安全性能,F1上大量使用碳纤维,就是一个最好的证明;复合材料的可设计性灵活,可视的碳纤维外观使汽车造型更加美观时尚;其抗疲劳、耐腐蚀性能好,可以延长车身寿命,这一特点在航空航天领域得到普遍认可。 二、复合材料在汽车上的应用 复合材料在汽车上主要可应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱、门板、底盘等结构件中。碳纤维最初主要应于赛车当中,随着车用复合材料技术地不断成熟发展,现在也被广泛地应用于超级跑车和高价值民用轿车上。在商用车应用上,也逐渐从重型卡车中,广泛地延伸到大巴车和轻型小卡。 1、主承载车身结构件 为了确保足够的安全性能,在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度,刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制作主承力结构件,这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。 环氧树脂碳纤维增强复合材料具有可设计性,质轻高强,与同体积的铝合金构件相比减重可达50%,耐冲击,耐腐蚀,抗疲劳, 材料寿命长,此类材料制作的主承载车身结构件,不仅大大提高了汽车的安全性,而且降低了车重,减少了燃油消耗,提高了经济性,另外还改善了美观性。 2、次承力结构件 次承力结构件主要包括:车门,发罩,行李舱门,前后杠,翼子板,扰流板等部件,其结构大都为层合实体结构和复合材料三明治夹心结构。 三明治结构特点: 蒙皮选用高强度高模量材料制作,承受较大的弯曲负荷;芯材选用一定刚度和强度的低密度材料,其抗剪切性能突出,可承受较大的冲击载荷;胶结层将蒙皮和芯材连接在一起,承受剪切应力;由于选用低密度芯材,重量会进一步降低。 三、用于制作车身结构的主要制造工艺 1、预浸料袋压/热压罐(Autoclave) 该工艺是将纤维预先被树脂浸润,制成半固化态材料,过程中纤维和树脂含量是可控的,采用手工积层,干法操作,易于施工,环境友好。成型制品表面精度高,孔隙率低,品质高,由于采用热压罐加压固化,层间结合紧密,机械强度优。目前是应用最广泛的工艺,是高端复合材料必备工艺,其材料需要低温运输和储存。 工艺流程:根据铺层设计和工艺规范在模具上手工逐层干法铺贴;制袋密封,使其内部处于真空并产生负压,消除气泡;送入热压罐,在一定的温度、压力、时间下固化成型。 2、树脂传递模塑(RTM)

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