高性能纤维复合材料的研究及应用

高性能纤维复合材料的研究及应用

严岩;朱福和;王伟

【摘要】高性能纤维复合材料是以高性能纤维作为增强材料,树脂作为基体,通过加工成型得到的复合材料,具有质轻、高强高模、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等优异性能,得到广泛的应用.本文介绍了高性能纤维复合材料常用高性能纤维和常用树脂基体、复合材料界面和应用领域,并分析了国内高性能纤维复合材料发展存在的问题.

【期刊名称】《合成技术及应用》

【年(卷),期】2015(030)004

【总页数】5页(P44-48)

【关键词】复合材料;高性能纤维;树脂基体

【作者】严岩;朱福和;王伟

【作者单位】中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900

【正文语种】中文

【中图分类】TQ342+.7

复合材料是两种或两种以上不同材料通过复合工艺组合而成的新型固体材料，各组分材料之间有明显界面，能够保留各组分材料原有的特点，又通过材料设计使各组分材料的优势充分发挥，从而获得单种材料无法比拟的综合性能［1-2］。高性能纤维复合材料一般是以高性能纤维为增强材料，以适合的聚合物（最常使用树脂）为基体的一种复合材料，具有高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等特点。20世纪60年代左右，为了满足国防军工和航天技术的发展要求，美国等发达国家开发碳纤维等高性能纤维材料并实现产业化生产，碳纤维环氧树脂复合材料和硼纤维增强环氧树脂复合材料由于高强高模、质量轻等优异性能开始应用于生产战斗机等军工装备。几十年来高性能纤维复合材料不断发展，已从航空航天领域向防护装备、体育器材、交通、建筑、工业设备等多领域迅速推广。随着复合材料研究继续深入，其优越性能将得到越来越充分的发挥和应用。

一般而言，高性能纤维复合材料是由高性能纤维和树脂基体组成，两者之间还存在界面层［3］。材料的性能由增强纤维材料、聚合物基体材料和界面性能所共同决定。

2.1 高性能纤维

高性能纤维又称特种纤维，是具有特殊物理化学结构、性能和用途的化学纤维，如质量轻、高强、高模、耐冲击、耐腐蚀、耐高温等优良性能［4］。高性能纤维类别品种繁多，按结构可分为有机纤维和无机纤维两种，有机纤维包括：芳香族聚酰胺纤维（俗称芳纶，包括间位芳纶、对位芳纶和杂环芳纶）、超高分子量聚乙烯纤维（也称高强聚乙烯纤维）、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维等；无机纤维主要包括：碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硼纤维等。最常用的三大高性能纤维是碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维［5］。

2.2 树脂基体

作为纤维增强的树脂基体，主要作用是传递纤维之间的应力，降低、减缓外力对复合材料的冲击，同时能保护纤维不受外力的摩擦损耗。在复合材料中，使用较多的是环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂。

环氧树脂泛指含有2个或2个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚物。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能。环氧树脂分子链中含有极性基团，使其对各种材料具有较好的粘附力［6-7］。环氧树脂有缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、线性脂肪族类、脂环族类多种，使用最多的是双酚A型环氧树脂，属于缩水甘油醚类环氧树脂。酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚而成的树脂，具有良好的耐热性、耐酸性和力学性能、生产设备及工艺简单等特点，在非常高的温度下，能保持结构的整体性和尺寸的稳定性［8］。不饱和聚酯树脂是热固性树脂中常用的一种，它是由饱和二元酸、不饱和二元酸和二元醇缩聚而成的线形聚合物，经过交联单体或活性溶剂稀释形成的具有一定黏度的树脂溶液，不饱和聚酯树脂工艺性能优良，可以在室温固化，常压成型固化后力学性能略低于环氧树脂［9］。

除了上述常用树脂外，复合材料还用到热塑性树脂（聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂）和高性能树脂（聚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚苯硫醚树脂）。

2.3 复合材料的界面

复合材料的综合性能由增强纤维和树脂基体共同决定，纤维与树脂基体的界面粘合性能对复合材料综合性能同样至关重要。复合材料通过界面层把树脂和纤维连接成为整体，通过界面传递应力，界面剪切强度也决定着整个复合材料的应用。为了达到复合材料的优异综合性能，要求两相界面之间的粘结性和相容性要好，复合材料的界面层显得尤为重要。

通常芳纶纤维等高性能纤维表面光滑、表面能低、与树脂浸润性差，并且表面缺少

化学活性官能团，造成表面反应活性低。这些原因导致大部分高性能纤维与树脂基体间的界面粘合性能不理想，复合材料界面剪切强度达不到理想水平，制约了复合材料综合性能的发挥。为了提高复合材料界面性能，通常需要对纤维进行表面改性处理，常用的改性方法有等离子体改性、辐射改性、超声波处理、表面化学接枝、表面刻蚀、表面涂层等。

Li Gang［10］等用磷酸对芳纶纤维进行了改性，然后与优化后的树脂基体复合制备了纤维增强复合材料。研究表明当磷酸的浓度小于40%时不会对芳纶纤维的强

度产生明显的影响，而当处理液磷酸的浓度为20%时纤维表面的氧元素含量有明

显的增加。芳纶纤维和树脂基体复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度分别达到76 MPa和79MPa，纤维强度的转化率达到95%，而未改性纤维和未改性树脂制备的复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度只

有53 MPa和51 MPa。Min Su等［11］研究了氧气气氛等离子体改性Kevlar

纤维，并测试了改性芳纶纤维/马来酰亚胺树脂界面粘合性能。结果表明氧气等离

子体改变了纤维表面含氧量，这是由于等离子体处理产生的活性中心反应生成含氧活性基团，并且表面变得粗糙，增加了表面极性和浸润性，使得复合材料界面性能提高。最优的加工条件是功率70W处理5分钟，此时复合材料界面剪切强度最大。Xu等［12］分别利用氧化还原法和γ射线预辐照法对碳纤维进行表面处理，用处理后的碳纤维与环氧树脂制备成复合材料。两种方法处理后碳纤维表面的氧含量都明显增加，增加了纤维表明极性基团的含量，增强了环氧树脂对碳纤维的浸润性。复合材料的层间剪切强度（ILSS）测试表明，预辐照处理和氧化还原法丙烯酸处理使复合材料的ILSS强度提高了16%左右，与此同时复合材料的拉伸强度只是有轻微的下降。

3.1 碳纤维及其复合材料

3.1.1 碳纤维简介

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理后得到的微晶石墨材料，具有轴向强度和模量高、密度低、热膨胀系数小、耐化学腐蚀等性能，又有纺织纤维的柔软可加工性，属于一种性能优异的新型材料。碳纤维可在2 000℃的高温下使用，在不接触空气和氧化剂的条件下，能够耐受3 000℃的高温。根据机械强度和模量的不同，碳纤维可分为以下几大类：高模量纤维、高强度纤维、中模量纤维、低模量纤维、一般级纤维。根据丝束的大小可以分为大丝束和小丝束，大丝束一般指48～480 K，小丝束一般指1～24 K。按制备工艺分有三类碳纤维，分别是：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和黏胶基碳纤维，其中聚丙烯腈基碳纤维用量最大，发展最快。碳纤维增强树脂复合材料是轻量高强高模材料的典型代表，也是目前使用最多发展较快的一种复合材料。

3.1.2 碳纤维产业现状

世界碳纤维生产企业主要有日本的东丽、东邦和三菱人造丝公司，美国的HEXCEL，德国的西格里集团，韩国泰光产业以及中国台湾的台塑集团等［13］。其中，日

本是聚丙烯腈基碳纤维的发源地，其发展一直处在世界领先地位，产量居世界第一。目前国产碳纤维指标可以达到东丽公司T300级产品水平，但是质量稳定性需要进一步提高［14］；干喷湿法纺丝T700级碳纤维在中复神鹰实现了工业化生产，

产品质量有待稳定；高品质碳纤维，包括T800级的高强度碳纤维和M40J、

M50J级的高模量碳纤维正在进行攻关试验与生产，相关单位有中科院宁波所、中复神鹰、威海拓展、北京化工大学、山西煤化所等。截至2014年底千吨级碳纤维生产企业有5家，中复神鹰和恒神新材料达到3 000 t/a。

3.1.3 应用领域

航天航空领域，包括客机、人造卫星、运载火箭、无人机等。如波音787客机中

使用大量碳纤维复合材料，既减轻了重量，又不损失机身强度和刚度。新一代的飞行器将使用更高比例的碳纤维复合材料［15］。

土木建筑领域，利用碳纤维复合材料棒材替代钢材，利用碳纤维复合材料层板加固或修复桥梁及建筑物。目前在土木建筑中的应用有复合材料棒材、纤维增强胶接层板、碳纤维增强混凝土、碳纤维复合材料片等。

工业领域，在基础设施、油气钻探、压力容器、复合材料辊、风力发电等工业领域得到广泛应用。

交通运输领域，新一代的汽车要求降低能耗，最重要的措施之一就是减轻汽车质量，用一般钢材是不可能实现的，因此采用复合材料是最有效的办法。国外的各大主要汽车厂家，都在开发使用碳纤维复合材料的节能、环保汽车。虽然目前主要是用在豪华车型，但未来随着大丝束碳纤维价格的下降，将使碳纤维在更多普通车型中推广［16］。

体育休闲领域，近年来体育器材生产越来越多地使用碳纤维生产管状复合材料，像高尔夫球杆和球拍等，其它还有箭杆、钓鱼竿、自行车架、船桨、滑雪工具、棒球棒、公路赛车等体育用品。

3.2 对位芳纶纤维及其复合材料

3.2.1 对位芳纶纤维简介

对位芳纶（PPTA）全称聚对苯二甲酰对苯二胺，是具有代表性的一种高性能合成

纤维，合成单体是对苯二甲酸和对苯二胺，两个酰胺键连接在苯环的对位位置，聚合得到线性刚性直链分子简单规整，结构单元中有刚性的苯环和极性的酰胺基团，对位芳纶纤维具有强度高（2 400～3 000 MPa）、模量高（62～143 GPa）、耐高温（Tm=530℃）等优异性能［17］。

对位芳纶纤维复合材料是使用量仅次于碳纤维复合材料的高性能纤维复合材料。3.2.2 对位芳纶产业现状

对位芳纶生产企业主要有美国杜邦（代表产品Kevlar），日本帝人（代表产品Twaron和Technora）和韩国科隆、韩国晓星。全球对位芳纶市场几乎被美国杜

邦和日本帝人所垄断。国内建有不同规模的对位芳纶生产线：中蓝晨光、烟台泰和、苏州兆达、平煤神马、仪征化纤、河北硅谷以及广东彩艳，虽然国内芳纶厂家较多，但规模都不大，芳纶生产力不集中，与国外水平仍有差距。

3.2.3 对位芳纶的应用领域

防弹材料，由于芳纶强度高，质量轻，能量耗散性好，舒适性较好，适合用于制造防弹衣，防弹头盔，防弹护甲，战略设施保护装备，成为重要的国防军工材料［18］。

航空航天，芳纶纤维复合材料广泛应用于航天飞机、运载火箭的结构材料，可以大大减轻飞行器自身重量，节省大量动力燃料，航天飞行器轻量化可以大大降低飞行成本。

高速列车交通工具，轻量化、节能化已成为当今交通运输工具的发展趋势，高性能纤维复合材料的应用可以确保安全且实现大幅度节能环保的目的。在高速列车车厢、隔音板、内部装饰板、刹车片等结构中均有芳纶纤维复合材料的应用［19］。

橡胶增强材料，随着橡胶制品相关行业的发展，一些传统骨架材料（锦纶、涤纶、钢丝）无法满足更高的使用要求，对位芳纶是很有发展前景的一种橡胶骨架材料。芳纶纤维已应用在航空子午线轮胎、大型工程胎、阻燃输送带和耐高温输送带、汽车胶管中［20］。国内外多家公司生产芳纶橡胶制品，比如日本普利司通公司使

用芳纶帘布作为骨架用于大型输送带的生产，美国固特异公司制造出芳纶纤维增强航空轮胎以及高性能子午线轮胎。芳纶等高性能纤维在橡胶骨架材料等领域将会有广阔的应用前景。

3.3 超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料

3.3.1 超高分子量聚乙烯纤维简介

超高分子量聚乙烯纤维是由分子量在100万以上的聚乙烯高聚物所纺出的纤维，

上世纪70年代荷兰帝斯曼公司发明超高相对分子量聚乙烯的凝胶纺丝工艺专利，

开始了超高分子量聚乙烯纤维的工业化生产。超高分子量聚乙烯中分子具有很高的取向度和结晶度，纤维分子几乎处于完全伸直状态，具有超高强度与模量、低密度（0.97 g/cm3）、耐药品性和高能量吸收性等性能［21］。超高分子量聚乙烯纤维复合材料在现代化国防和航空航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。

3.3.2 超高分子量聚乙烯纤维产业现状

世界超高分子量聚乙烯纤维主要生产企业是荷兰帝斯曼公司，日本三井石化和美国霍尼韦尔公司等。国内超高分子量聚乙烯纤维企业有20多家，包括湖南中泰特种装备有限责任公司、宁波大成新材料股份有限公司、中石化仪征化纤有限责任公司、山东爱地高分子材料有限公司、上海斯瑞聚合体科技有限公司、浙江千禧龙特种纤维公司等，合计产能在2万吨左右，总产能已超过国外的总和，产品质量和技术

也有所提升，可以达到世界先进水平。

3.3.3 超高分子量聚乙烯纤维应用领域

绳缆绳索，超高分子量聚乙烯纤维断裂强度很高，又具有密度小于水、耐磨、耐光的性能，是制造绳索绳缆的理想材料。应用于生产吊索、悬索、海洋工程用绳、军工缆绳、渔网等。

防护领域，用于生产防弹衣、防弹头盔、抗冲击板材，其制备的防护装备具有柔软性和轻量化的优势。

体育用品，用于制造球拍、滑雪板、球拍弦和钓鱼线，体育器材轻便耐久［22］。

3.4 其它高性能纤维

间位芳纶（MPIA），全称聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，由间苯二胺和间苯二甲酰氯低温缩聚而成，美国杜邦公司研发并实现产业化。间位芳纶具有高强高模、耐高温和阻燃等优异性能，同时还有相对密度小、耐疲劳、耐剪切和尺寸稳定性好等优点［23］。应用在耐高温服、阻燃防护装备、高温滤材、高性能电子隔膜、合成

纸等领域。

芳纶Ⅲ纤维，属于杂环芳纶，强度和模量比对位芳纶更高，极限氧指数38以上，有极好的热稳定性和耐燃性，对基体树脂有好的浸润性。应用于国防、工业的特殊领域，如武器、高强复合材料、耐高温服装、高强缝纫线、电缆和橡胶增强等［24］。

芳砜纶纤维，是我国研究开发的芳香族聚酰胺类耐高温纤维，全称聚苯砜对苯二甲酰胺纤维，在芳纶分子中引入了对苯结构和砜基。其力学性能与间位芳纶相当，耐热性比间位芳纶高约20～30℃。主要应用于防护制品、高温过滤材料、电绝缘材料、摩擦密封材料、蜂窝材料等领域［25］。

聚苯硫醚（PPS）纤维，是一种含有芳香环的高分子化合物，由苯和硫反应合成。聚苯硫醚纤维具有优良的耐热性和耐化学腐蚀性，不会在酸（硫氧化物等）的露点温度以下遭侵蚀，成为理想的高温过滤材料，被认为是生产过滤袋最经济有效的材料。在环境保护、汽车工业、化学工业过滤、军事领域、航空等领域具有广泛的用途［26］。

聚酰亚胺（PI）纤维，是指主链上含有酰亚胺环的聚合物纺制的纤维。聚酰亚胺纤维强度比芳纶高大约一倍，在耐光、吸水性、耐热性等方面都更优越，具有较高的使用温度。用于工业高温除尘过滤材料，作为结构材料可以应用于航空航天、环保、防火等领域［27］。

聚对苯基并双噁唑（PBO）纤维，由美国陶氏化学和日本东洋纺公司研发并产业化，其力学性能、阻燃性、热稳定性优异，高强高模耐高温综合性能指标优于芳纶1414及芳纶1313。用于航空航天领域，防弹衣、防弹头盔等防弹材料，舰艇结

构材料，飞机机身结构材料［28］。

玄武岩纤维，以火山岩（包括玄武岩）为唯一原料，高温熔融拉丝而成，具有耐高温、耐腐蚀、高强、高模、不燃烧、纯天然环保、耐辐射等性能。可用于现代国防武器制造、建筑、结构加固补强、电力、汽车船舶制造、消防环保等领域［29］。

4.1 国产高性能纤维

基体和增强体等原材料是发展先进复合材料的基础和前提，而增强纤维技术尤为重要。碳纤维和芳纶纤维是重要的增强材料，我国碳纤维和芳纶纤维的生产与国际先进水平仍有差距，存在一些问题：原丝质量差、生产规模小、成本高、应用基础研究薄弱等。应进一步加强T300级碳纤维、对位芳纶纤维性能稳定性和工程化研究和开发；加强T700、T800级等中高端国产碳纤维的研究，重要复合材料装备的

发展应立足于国产高性能纤维。

4.2 复合材料的设计

复合材料的设计水平在一定意义上决定其应用水平，应充分发挥复合材料的优越性能，科学设计，减轻重量，提高可靠性，降低成本，复合材料的研究压力不能完全转加给材料研发。

4.3 低成本复合材料技术

我国在低成本复合材料技术方面也面临着很大的挑战，除了在原材料、装配与维护等方面进行研究改进外，更重要的是降低复合材料制造成本。在过去的30多年中，复合材料的研究与开发重点放在材料性能提高和工艺优化，目前的研究热点是复合材料的低成本技术，低成本制造技术的应用可通过复合材料的自动化制造提高生产效率和性能，降低复合材料的制造成本，以及通过提高复合材料的使用效能进而实现成本降低。

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聚合物增强玻璃纤维复合材料的研究

聚合物增强玻璃纤维复合材料的研究 近年来，随着科技的不断发展，越来越多的复合材料材料被广泛应用于各种领域。其中，聚合物增强玻璃纤维复合材料由于其优异的物理、化学和力学性能，成为了一种最为常见的高性能复合材料。本文将探讨聚合物增强玻璃纤维复合材料的研究进展和未来发展趋势。 一、聚合物增强玻璃纤维复合材料的研究进展 聚合物增强玻璃纤维复合材料，即以玻璃纤维为增强材料，以聚合物为基体材 料的一种新型材料。其研究起源于上世纪50年代，当时主要应用于军事领域。随 着科技的发展，聚合物增强玻璃纤维复合材料逐渐被广泛应用于航空、汽车、建筑、电子、体育器材和医疗等领域。 现在，聚合物增强玻璃纤维复合材料正在呈现出以下三个发展趋势： 1. 高性能材料研究越来越深入：随着对聚合物增强玻璃纤维复合材料的认识逐 渐加深，对材料的研究越来越深入。目前，专家们已经能够更好地控制复合材料中各组分的比例、制备方法和结构等方面，并不断提高复合材料的强度、韧度和耐磨性。 2. 应用领域逐渐扩大：随着聚合物增强玻璃纤维复合材料性能的不断提升，其 应用领域也在不断扩大。如到了今天，它不仅应用于航天，还被广泛应用于汽车、建筑、电子、体育器材和医疗等领域。 3. 环保意识逐渐增强：随着社会环保意识不断增强，关于聚合物增强玻璃纤维 复合材料的研究也开始越来越注重其环保性能，以降低其对环境的负面影响。 二、聚合物增强玻璃纤维复合材料的未来发展趋势

1. 高强度、高韧性、轻质化：未来的聚合物增强玻璃纤维复合材料将会更加轻质，强度和韧性也将得到更大的提升。研究人员正在探索如何使用新型增强材料替代玻璃纤维，以进一步提高聚合物增强玻璃纤维复合材料的性能。 2. 多样化设计与应用：随着应用领域的不断扩大，聚合物增强玻璃纤维复合材料的设计和制备也将不断多样化。人们会尝试设计出具有不同物理和化学性质、不同结构和形态的复合材料，以适应不同的应用环境和要求。 3. 环保性和可持续性：未来，人们对聚合物增强玻璃纤维复合材料的环保性和可持续性将会更加重视。研究者会更加注重复合材料在制备过程中所产生的产生的“二次污染”，以及复合材料在使用后的可回收和可再利用性。在未来，新型环保材料的研究和应用将会得到越来越广泛的关注。 三、结论 作为一种高性能复合材料，聚合物增强玻璃纤维复合材料已经在现代科技和产业发展中扮演着重要的角色。对于这一领域的研究，我们相信会在未来越来越深入和广泛。越来越多的研究者将投身于聚合物增强玻璃纤维复合材料的制备、设计和应用研究，开发出更多的高性能、多样化、环保性强的新型复合材料，以适应不断变化的应用环境和市场需求。

高性能纤维复合材料的制造技术研究

高性能纤维复合材料的制造技术研究 随着科技的不断进步，材料工程领域也日益发展。高性能纤维复合材料作为材 料工程领域中的一项重要成果，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优良特性，在航空、汽车、船舶等众多行业得到广泛应用。本文主要分析高性能纤维复合材料的制造技术研究和未来发展趋势。 一、高性能纤维复合材料简介 高性能纤维复合材料由纤维、基体和增强材料组成。其中，纤维一般使用碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等高强度、高模量的纤维作为增强材料，基体可以是树脂、金属或陶瓷等，增强材料则是在基体中加入助剂改进性能的材料。 高性能纤维复合材料在制造工艺方面有热塑性和热固性两种方法，其中热固性 是主流方法。由于高性能纤维复合材料具有明显的优点，因此在新能源、高速运输、航空、航天等领域得到广泛应用，并在高强度、高性能、高品质等要求较高的场合中表现出其极大的优势。 二、高性能纤维复合材料的制造技术研究 1.纤维基体复合成型技术 随着科技的发展，制造高性能纤维复合材料的技术越来越成熟，但是由于传统 制造工艺的局限性以及市场对新型材料的需求逐渐增加，纤维基体复合成型技术应运而生。纤维基体复合成型技术是把干燥的纤维与涂有新材料的基体一起塑造，通过压缩和热处理将其固定在一起。这种工艺方法可以大大减少生产过程中的劳动和时间，同时减少材料的浪费和成本。 2.提高纤维强度的手段 虽然纤维在高性能纤维复合材料中是作为增强材料的，但是纤维本身的强度对 于材料的整体强度也有着不可忽略的影响。因此，提高纤维的强度一直是高性能纤

维复合材料制造技术的研究重点之一。目前，研究人员已经通过改变纤维的结构和化学成分等手段，成功提高了纤维的强度和性能。 3.改进基体的性能 高性能纤维复合材料的基体可以是各种不同的材料，但是随着科技的发展，各 种材料的特性也在不断改进。比如，在树脂基体中加入了一些纳米材料，可以增强基体的硬度和强度；在金属基体中加入杂质元素，既能提高硬度，又能减轻金属的重量，让增强材料发挥更大的优势；在陶瓷基体中加入各种助剂，能够显著提高其耐磨性和耐腐蚀性等。 三、高性能纤维复合材料的未来发展趋势 1.材料的集成化发展 未来，高性能纤维复合材料的制造将进一步实现集成，具有可持续性、轻量化、高强度、高性能等多种优异特性。 2.新型增强材料的出现 高性能纤维复合材料的发展将不断推动新型增强材料的研制和应用。比如，目 前正在研究的纳米增强材料，将会给高性能纤维复合材料的强度和性能带来明显提升。 3.生产过程的自动化 未来高性能纤维复合材料的生产将会进一步自动化。通过机器人和智能系统的 应用，提高生产效率，减少环境污染和固体废弃物的产生，同时还可以减少人工操作的风险性。 4.低碳环保

高性能纤维复合材料的研究及应用

高性能纤维复合材料的研究及应用 严岩;朱福和;王伟 【摘要】高性能纤维复合材料是以高性能纤维作为增强材料,树脂作为基体,通过加工成型得到的复合材料,具有质轻、高强高模、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等优异性能,得到广泛的应用.本文介绍了高性能纤维复合材料常用高性能纤维和常用树脂基体、复合材料界面和应用领域,并分析了国内高性能纤维复合材料发展存在的问题. 【期刊名称】《合成技术及应用》 【年(卷),期】2015(030)004 【总页数】5页(P44-48) 【关键词】复合材料;高性能纤维;树脂基体 【作者】严岩;朱福和;王伟 【作者单位】中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900 【正文语种】中文 【中图分类】TQ342+.7

复合材料是两种或两种以上不同材料通过复合工艺组合而成的新型固体材料，各组分材料之间有明显界面，能够保留各组分材料原有的特点，又通过材料设计使各组分材料的优势充分发挥，从而获得单种材料无法比拟的综合性能［1-2］。高性能纤维复合材料一般是以高性能纤维为增强材料，以适合的聚合物（最常使用树脂）为基体的一种复合材料，具有高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等特点。20世纪60年代左右，为了满足国防军工和航天技术的发展要求，美国等发达国家开发碳纤维等高性能纤维材料并实现产业化生产，碳纤维环氧树脂复合材料和硼纤维增强环氧树脂复合材料由于高强高模、质量轻等优异性能开始应用于生产战斗机等军工装备。几十年来高性能纤维复合材料不断发展，已从航空航天领域向防护装备、体育器材、交通、建筑、工业设备等多领域迅速推广。随着复合材料研究继续深入，其优越性能将得到越来越充分的发挥和应用。 一般而言，高性能纤维复合材料是由高性能纤维和树脂基体组成，两者之间还存在界面层［3］。材料的性能由增强纤维材料、聚合物基体材料和界面性能所共同决定。 2.1 高性能纤维 高性能纤维又称特种纤维，是具有特殊物理化学结构、性能和用途的化学纤维，如质量轻、高强、高模、耐冲击、耐腐蚀、耐高温等优良性能［4］。高性能纤维类别品种繁多，按结构可分为有机纤维和无机纤维两种，有机纤维包括：芳香族聚酰胺纤维（俗称芳纶，包括间位芳纶、对位芳纶和杂环芳纶）、超高分子量聚乙烯纤维（也称高强聚乙烯纤维）、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维等；无机纤维主要包括：碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硼纤维等。最常用的三大高性能纤维是碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维［5］。 2.2 树脂基体

碳纤维复合材料研究报告

碳纤维复合材料研究报告 碳纤维复合材料是一种高性能的材料，具有优异的强度、刚度、耐热、抗腐蚀等性质，在航空、航天、能源、汽车、体育用品等领域得到广泛应用。本文将就碳纤维复合材料的研究进展进行综述。 一、碳纤维复合材料的制备方法 碳纤维复合材料可以通过树脂浸渍固化、预浸渍纤维、层压成型等多种方法制备。其中最常用的是树脂浸渍固化。该方法将树脂浸渍于碳纤维布料中，经过固化制成碳纤维复合材料。预浸渍纤维和层压成型也广泛应用于制备碳纤维复合材料。预浸渍纤维是将树脂浸渍在碳纤维上，存放在低温环境中使树脂保持未固化状态，需要时再进行固化。层压成型是将多层碳纤维布料和树脂片堆叠在一起，通过热压成型得到碳纤维复合材料。 二、碳纤维复合材料的强度和刚度 碳纤维复合材料具有优异的强度和刚度，是其应用的主要原因之一。一方面，纤维本身的强度高，纵向拉伸时表现出高刚度；另一方面，由于纤维和树脂的结合，横向受力时也表现出高刚度和强度。同时，碳纤维复合材料的密度低，相对于金属材料来说，同等重量下所能承受的载荷更大。 最新的研究表明，碳纤维复合材料在弯曲疲劳荷载下的损伤和残余强度问题是当前研究的热点。一项研究表明，在碳纤维复合材料的损伤起始期，在应变局部集中的区域内会出现疲劳裂

纹，随着载荷循环次数的增加，疲劳裂纹会不断扩展，弯曲刚度和弯曲强度会下降。 三、碳纤维复合材料的耐热性 碳纤维复合材料的耐热性是其应用的另一个优势。一般而言，碳纤维的长期稳定性很高，在高温环境下也能保持其力学性能。但是，碳纤维复合材料中所采用的树脂往往具有较低的热稳定性，长时间高温作用下易发生氧化分解，导致力学性能的下降。因此，研究如何提高碳纤维复合材料的耐热性是一项重要的科学研究任务。有关专家提出，针对碳纤维复合材料在高温环境下的损伤行为，应该开展更深入的研究，以便制定更加科学的设计和寿命预测方法。 四、碳纤维复合材料在航空领域的应用 航空领域是碳纤维复合材料应用的重要领域之一。由于其轻量化、强度高、耐热等特性，碳纤维复合材料成为制作轻型、高强、高速飞行器的重要材料。目前，民用飞机、军用飞机均有大量运用碳纤维复合材料的情况。例如，波音公司开发的新一代民用飞机787的外壳、机翼、垂直尾翼等部件均采用碳纤维复合材料制造。美国空军也计划采用碳纤维复合材料制造未来的战斗机。 总的来说，碳纤维复合材料是一种极具发展潜力的材料，具有广泛的应用前景。未来随着科学技术的不断进步，相信碳纤维复合材料的研究将会取得更加丰硕的成果。

高性能纤维复合材料 纤维复合材料：材料市场中的新型材料.doc

高性能纤维复合材料纤维复合材料：材料市场 中的新型材料 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。这种新材料既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。纤维复合材料是复合材料按照结构分类中的一种，是以一种纤维材料为基体，另一种纤维材料为增强体，将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成的新材料。各种组成纤维材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应，使纤维复合材料的综合性能优于原组成材料，从而满足各种不同需求。例如：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。其中就玻璃纤维而言，由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。其应用范围也不仅局限于军用方面，民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品，各类耐高温制品以及轮胎帘子线等。迄今为止，我国高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模产业，现阶段年产可达500吨。碳纤维复合材料具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。在纤维复合材料主要应用领域中，由于它与传统材料相比有很多优点：比强度和比模量高；抗疲劳性好；减振能力好；高温性能好；破损安全性好；性能的各向异性及可设计性强等，使得在桥梁和房屋补强、隧道

工程以及大型储仓修补和加固中市场前景看好。碳纤维复合材料研究项目简介：碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能。既可作为结构材料承载重荷，又可作为功能材料发挥作用。目前几乎没有什么材料具有这样多方面特性。因此，碳纤维复合材料属先进复合材料，是典型高新技术产品。碳纤维复合材料的基体可用树脂、炭、金属和无机材料等。所处阶段：成熟应用阶段玻璃纤维复合材料制品及其耐久性研究项目简介：该项目研制了玻纤水泥材料(GRC)拱形弦波屋盖。该产品用短切玻纤与网格布的双重增强，全截面均匀受力，充分发挥复合材料的力学潜能，承载能力比同等厚度的平板提高近20倍，板厚仅为10mm的屋面板其极限跨度可达到7.2m，实现了结构安全性与经济性的良好统一。所处阶段：中期阶段意义：该产品可与屋面建筑功能与结构承重融为一体，自承重、自防水；强度高、韧性好、造型优美；重量轻、造价低、施工简便。产品可广泛应用于体育活动中心、展览中心、仓储中心、集贸市场、工业厂房等工程建设中，安全可靠，市场前景良好。纤维复合材料加固建筑结构研究项目简介：该课题研究内容包括配制粘贴玻纤片材的粘结用胶，计算分析粘贴纤维复合材料对地基沉降引起砖砌体裂缝所起的作用。自行研制的配套用于粘贴玻璃纤维的配套胶粘结剂基本达到碳纤维片材加固混凝土结构技术规程《CECS146:2003》的性能指标。研制了配套用于粘贴玻璃纤维的底层涂料、修平腻子和配套胶粘结剂，用自制的胶进行了钢筋混凝土梁的抗剪加固。进行了砖墙加固理论计算分析和钢筋混凝土梁粘贴玻璃纤维抗剪加固试验。所处阶段：成熟应用阶段碳纤维复合材料在石油开采中应

纤维增强复合材料的制备与性能研究

纤维增强复合材料的制备与性能研究 一、引言 纤维增强复合材料是一种在结构和性能方面都具有优异特点的材料，因此在航空、航天、汽车、船舶和医疗领域等得到广泛应用。本文将详细介绍纤维增强复合材料的制备和性能研究。 二、纤维增强复合材料的制备 1.纤维的选择 纤维是制备纤维增强复合材料的重要组成部分，其性能直接影响材料的性能。常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。玻璃纤维具有低成本、良好的耐磨性和耐腐蚀性等优点，适合制备一些低强度要求的复合材料。碳纤维具有良好的强度、刚度、疲劳寿命和高温稳定性，适合制备高强度、高刚度要求的复合材料。芳纶纤维具有较高的强度和模量、优异的耐热性和耐化学品性，适合制备高性能的复合材料。 2.基体的选择 基体是纤维增强复合材料的另一重要组成部分，其作用是固定和支撑纤维。通常选择热固性树脂（如环氧树脂、酚醛树脂）作为基体。这类树脂具有优异的粘接性能和化学稳定性，对纤维的保护效果良好。同时，可以通过调整树脂的成分和添加剂来改变复合材料的性能。

3.制备方法 （1）手工层叠法 手工层叠法是制备纤维增强复合材料最基本也最常用的方法之一。它的主要步骤是将预制好的纤维放置在模具中，再涂上树脂，反复重复这个过程，直到达到所需厚度。 （2）预浸法 预浸法是将纤维预先浸渍在树脂中，经过初步固化后再放入模 具中进行二次加固。这种方法可以提高纤维与基体之间的结合强度。 （3）重叠法 重叠法是将多层预制好的带有树脂涂层的纤维片重叠在一起， 压缩成所需形状，然后进行固化。 （4）自动化生产方法 随着科技的发展，自动化生产方法也越来越流行。其中最常见 的方法是采用自动化织机进行生产，该方法具有速度快、质量稳 定等优点。 三、纤维增强复合材料的性能研究 1.力学性能

高性能复合材料在机械领域中的应用与研究

高性能复合材料在机械领域中的应用与研究 随着科技的发展与进步，高性能复合材料在机械领域中的应用与研究逐渐引起 人们的广泛关注。高性能复合材料以其轻质、高强度和耐磨性等特点，成为机械工业中不可或缺的材料之一。本文将从材料性能、应用案例和研究进展等方面，探讨高性能复合材料在机械领域中的地位与前景。 首先，高性能复合材料的优越性能为其在机械领域的应用奠定了基础。高性能 复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，其材料性能远优于传统的金属材料。例如，碳纤维复合材料具有轻质、高强度和抗磨损等特点，使得它们成为飞机、汽车和船舶等工业领域的理想选择。此外，玻璃纤维增强塑料也广泛应用于机械领域，其高强度和耐腐蚀性使得它在建筑和船舶等领域有着重要的应用。 其次，高性能复合材料在机械领域中有着广泛的应用案例。以航空领域为例， 航空发动机的叶片采用复合材料制造，使得飞机发动机的运行更加稳定和高效。此外，高性能复合材料也广泛应用于汽车制造中，例如使用碳纤维复合材料制造车身，可以减轻车辆的重量，提高燃油效率。再如，高性能陶瓷复合材料在电动车辆的电池技术中有着重要应用，其优异的导电性和热稳定性为电池的性能提供了保障。 此外，在高性能复合材料的应用与研究方面，还有许多值得关注的进展。一是 材料的研发与创新方面。科学家们通过不断改进复合材料的制造工艺和结构设计，使得材料的性能得到了进一步的提升。例如，通过改变纤维取向和纤维含量等因素，可以增加复合材料的强度和刚度。二是在复合材料的加工技术与制造工艺方面取得的突破。新的加工技术和制造工艺的应用使得复合材料的生产更加高效和精确，降低了生产成本，提高了生产效率。三是在材料的性能测试与评估方面的研究。科学家们通过分析复合材料材质的性能，为材料在机械领域中的应用提供了理论依据和技术支持。 然而，高性能复合材料在机械领域中还存在一些挑战。首先，复合材料的成本 较高，仍然限制了其在大规模工业化生产中的应用。其次，复合材料的制造工艺和

高性能纤维复合材料

高性能纤维复合材料 高性能纤维复合材料是一种由纤维和基体材料组成的复合材料，具有优异的性 能和广泛的应用前景。纤维是复合材料的主要增强材料，而基体材料则起到固定纤维位置、传递载荷和保护纤维的作用。高性能纤维复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐磨损等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材、建筑工程等领域。 首先，高性能纤维复合材料的优异性能得益于其优秀的纤维材料。目前，常用 的纤维材料主要包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。碳纤维具有重量轻、刚度大、耐高温、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天领域；玻璃纤维具有价格低廉、绝缘性能好等特点，被广泛应用于建筑工程领域；芳纶纤维具有耐高温、耐磨损、抗冲击等特点，被广泛应用于汽车制造领域。这些优秀的纤维材料为高性能纤维复合材料的制备提供了坚实的基础。 其次，高性能纤维复合材料的制备工艺也对其性能起着至关重要的作用。目前，常用的制备工艺包括预浸料成型、自动纺织成型、层压成型等。预浸料成型是将纤维预先浸渍于树脂中，然后在模具中进行成型，具有工艺简单、生产效率高的优点；自动纺织成型是通过自动编织机将纤维进行编织，然后与树脂进行浸渍，具有成型灵活、适用范围广的优点；层压成型是将预先浸渍好的纤维层与树脂层按照一定的顺序堆叠在一起，然后在高温高压条件下进行固化，具有制品密实、性能稳定的优点。这些制备工艺的不断创新和发展，为高性能纤维复合材料的性能提升提供了有力支持。 最后，高性能纤维复合材料的应用前景广阔。随着科技的不断进步和人们对轻 量化、高强度材料需求的增加，高性能纤维复合材料将在航空航天、汽车制造、体育器材、建筑工程等领域得到更加广泛的应用。例如，在航空航天领域，高性能纤维复合材料可以用于制造飞机机身、发动机舱盖等部件，以减轻飞机自重，提高燃油利用率；在汽车制造领域，高性能纤维复合材料可以用于制造汽车车身、底盘等

高性能复合材料的制备与性能研究

高性能复合材料的制备与性能研究引言： 随着科学技术的不断进步和工业化的不断发展，高性能复合材料作为一种先进的材料，在各个领域得到了广泛应用。本文将介绍高性能复合材料的制备方法以及相应的性能研究。 一、高性能复合材料的制备方法 1. 固体纤维增强复合材料的制备： 固体纤维增强复合材料的制备是将高强度的纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）与特种树脂（如环氧树脂、聚酰亚胺等）按一定比例混合，并通过层压、浸渍等工艺进行成型。在制备过程中，需要注意纤维的层叠方式、树脂的浸渍均匀性和固化过程的控制。 2. 复合纤维增强复合材料的制备： 复合纤维增强复合材料的制备方法与固体纤维增强复合材料类似，不同之处在于复合纤维是由多种纤维混合而成。通过合理选用不同性能的纤维并进行预编织或者纤维布层压，可以获得具有更好综合性能的复合材料。 3. 高分子纳米复合材料的制备： 高分子纳米复合材料是将纳米材料与高分子材料相结合形成的新型材料。常用的方法包括溶液共混、熔融混炼和原位聚合等。通过这些方法，可以将纳米材料均匀分散在高分子基体中，显著改善复合材料的力学性能和热稳定性。 二、高性能复合材料的性能研究 1. 强度性能研究：

高性能复合材料的力学性能是评价其性能的重要指标之一。通过使用拉伸、弯曲、剪切等实验方法，可以测试复合材料在不同加载条件下的力学性能，并得到其强度、韧性、断裂韧度等性能参数。 2. 热性能研究： 高性能复合材料的耐高温性能是其在航空航天、汽车等领域得以应用的基础。通过热失重分析、差示扫描量热、热膨胀等实验方法，可以研究复合材料在高温条件下的热分解行为、热稳定性、热膨胀系数等性能。 3. 导电性能研究： 高性能复合材料中加入导电填料（如碳纳米管、金属纳米颗粒等）可以显著提高材料的导电性能。通过电阻测试和电子显微镜等实验方法，可以研究复合材料的导电性能、导电机制以及导电填料的分布状态。 4. 介电性能研究： 复合材料的介电性能是评价其在电子电气领域应用的关键指标之一。通过介电常数测试和介电弛豫谱等实验方法，可以研究复合材料的介电性能、导电性能随频率的变化规律，以及复合材料界面的极化行为。 总结： 高性能复合材料的制备与性能研究是一个复杂而有挑战性的工作。通过合理选择材料、优化制备工艺和系统研究材料的性能，可以得到具有高强度、高导电性、高热稳定性等优良性能的复合材料，为各个领域的应用提供了可靠的材料基础。

碳纤维复合材料的性能研究及其在航空领域的应用

碳纤维复合材料的性能研究及其在航空领域 的应用 随着科学技术的发展，航空工业已经成为世界上最具发展潜力 和竞争力的战略性高科技产业之一。然而，在飞机制造业中，重 量一直是设计师们所关注的一个问题。重量对飞行的性能指标产 生了影响，而机身重量又主要来自于使用的材料。为了满足重量 的要求，现代航空工业重点研发的材料便是碳纤维复合材料。该 材料具有轻重比高、强度高、刚性好、耐磨损等优势，使其成为 航空领域中使用最广泛的材料之一。本文将探讨碳纤维复合材料 的性能研究及其在航空领域的应用。 一、碳纤维复合材料的基本结构和性能 碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂等材料构成复合材料。在制 备碳纤维的过程中，通过原材料制备、纺织、热处理等工艺步骤 制成碳纤维，常用的原材料主要有聚丙烯、聚丙烯纤维、聚酰胺、纯芳纶等。而树脂则包括环氧树脂、聚酯树脂、聚醚酰胺树脂等。通过将碳纤维和树脂材料复合后，可以得到强度更高、刚度更好、重量更轻、韧性较高的材料。 碳纤维复合材料是一种高模量、高强度、低密度的非金属材料。其刚度和强度的提高源于碳纤维的高强度和高刚度，而重量的减 轻则来自于材料的低密度。此外，碳纤维复合材料具有良好的耐

磨损性能、抗腐蚀性能以及优异的抗疲劳、耐久性能。这些特性 使得该材料被广泛应用于航空工业中。 二、碳纤维复合材料在航空领域的应用 在航空领域中，碳纤维复合材料的应用十分广泛。与传统的金 属材料相比，碳纤维复合材料的重量更轻、强度更高，因此具有 较好的应用前景。 （一）机身和结构件 碳纤维复合材料在航空器机身和结构件等方面的应用越来越广泛。由于其具有优异的强度和刚性，能够承受极大的载荷，因此 可以用于制造高速飞行器、战斗机、无人机等高性能航空器。除 此之外，碳纤维复合材料制造的机身和结构件还可以在降低航空 器燃油消耗、延长飞机寿命、提高运行效率等方面发挥重要作用。 （二）飞机零部件 碳纤维复合材料的应用还可以拓展到飞机中的某些零部件的制造。例如，飞机的翼板和尾翼等部件都可以采用碳纤维复合材料 制造。这些部件使用碳纤维复合材料制造，可以提高飞机的使用 寿命、减小重量、提高韧性和强度，因此能够极大地提高飞机的 性能。 （三）内饰

高性能纤维复合材料的制备与加工工艺研究

高性能纤维复合材料的制备与加工工艺研究引言 随着科学技术的不断发展，高性能纤维复合材料在汽车、航空航天、建筑等领 域的应用越来越广泛。纤维复合材料以其轻质、高强度、抗腐蚀等优点，成为替代传统金属材料的理想选择。本文将讨论高性能纤维复合材料的制备过程和加工工艺，以及对现有技术的改进和未来发展的展望。 一、纤维复合材料的制备过程 1. 材料选择 纤维复合材料的制备关键在于纤维的选择。常用的纤维材料有碳纤维、玻璃纤 维和芳纶纤维等。这些纤维具有不同的性能特点，应根据具体应用要求进行选择。 2. 预处理 在制备纤维复合材料之前，需要对纤维进行预处理，以提高其表面粗糙度和附 着力。常见的预处理方法包括表面氧化和光亮处理。 3. 树脂浸渍 树脂浸渍是纤维复合材料制备的关键步骤。常用的树脂有环氧树脂、聚酰胺树 脂等。在浸渍过程中，需要控制树脂的浓度和浸渍时间，以确保纤维与树脂的均匀分布。 4. 热固化 热固化是最常见的纤维复合材料固化方法。通过加热使树脂固化，使纤维与树 脂之间形成稳定的结合。固化过程中温度和时间的控制是关键，过高或过低的温度都可能影响材料性能。

二、纤维复合材料的加工工艺 1. 塑料成型 纤维复合材料可以通过塑料成型工艺进行加工，常见的方法有压缩成型、注塑 成型等。这些方法适用于制造复杂形状的纤维复合材料产品。 2. 粘接技术 粘接是纤维复合材料加工的常用方法之一。通过粘接技术可以将纤维复合材料 与其他材料结合在一起，形成更复杂的结构。常见的粘接方法包括机械粘接、化学粘接和热粘接等。 3. 切割和加工 纤维复合材料的切割和加工在加工过程中非常重要。常见的切割方法有手工切割、水刀切割和激光切割等。对于复杂形状的材料，可以使用数控机床来进行加工。 4. 表面处理 纤维复合材料的表面处理可以改善其外观和性能。常见的表面处理方法包括砂光、喷砂和喷漆等。通过表面处理可以提高纤维复合材料的表面光洁度和附着力。 三、技术改进和未来展望 1. 纳米材料增强 将纳米材料引入纤维复合材料中，可以改善材料的力学性能和耐磨性。未来的 研究方向可以集中在纳米纤维充实技术和纳米层状增强技术上。 2. 绿色制备工艺 随着环保意识的增强，绿色制备工艺成为研究的热点。减少有害气体排放和废 弃物产生，开发环境友好型的纤维复合材料制备工艺是未来的发展方向。

高性能碳纤维复合材料的研究

高性能碳纤维复合材料的研究 随着科技的不断进步，高性能碳纤维复合材料的研究和应用已经逐渐成为一个热门话题。碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成，具有重量轻、强度高、刚度好、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。 首先，我们来了解一下碳纤维复合材料的制备过程。制备高性能碳纤维复合材料的关键在于碳纤维的制备和树脂基体的浸渍。碳纤维的制备通常是通过聚丙烯腈纤维预氧化、高温炭化和石墨化等步骤来完成的。而树脂基体的浸渍则是将纤维梗浸泡在树脂中，待固化后形成复合材料。 高性能碳纤维复合材料的研究一直致力于提高其力学性能。其中，纤维的疏松度和热处理温度等因素对于碳纤维的力学性能有着重要影响。疏松度越小，纤维间的接触面积越大，复合材料的力学性能就越好。而高温处理可以提高碳纤维的结晶度，进一步提高复合材料的力学性能。 此外，碳纤维复合材料的界面力学性能也是研究的重要方向之一。界面是纤维和树脂之间的结合部分，对于复合材料的力学性能有着至关重要的影响。传统的方法是通过化学处理来改善界面的力学性能，例如使用耐腐蚀剂和增容剂等。而近年来，研究人员还在界面设计和界面增强等方面做出了一些创新性的工作，取得了显著的效果。 除了力学性能，高性能碳纤维复合材料的耐热性也是研究的重要内容之一。在高温环境下，复合材料容易发生热分解和劣化，从而降低其性能。因此，研究人员通过改变树脂基体的组成和结构等手段来提高碳纤维复合材料的耐热性能。一些较新的方法包括引入纳米材料和功能化织物等，以增强其耐热性能。 最后，我们来看一下高性能碳纤维复合材料在实际应用中的具体案例。航空航天领域是碳纤维复合材料使用最广泛的领域之一。轻量化是现代航空航天工程的重

高性能纤维及复合材料

高性能纤维及复合材料 高性能纤维及复合材料是一种具有优异性能的材料，它们在航空航天、汽车、 船舶、体育器材、军事装备等领域都有着广泛的应用。高性能纤维及复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点，因此备受青睐。本文将从高性能纤维及复合材料的种类、特点以及应用领域展开阐述。 首先，高性能纤维及复合材料主要包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。碳纤 维具有高模量、高强度、低密度的特点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。玻璃纤维具有良好的绝缘性能和化学稳定性，常用于建筑、船舶、电子等领域。芳纶纤维具有优异的耐热性和耐化学腐蚀性，广泛应用于防弹衣、航空发动机零部件等领域。 其次，高性能纤维及复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点。这些 特点使得高性能纤维及复合材料在航空航天领域可以减轻飞机、航天器的重量，提高载荷能力和燃料效率；在汽车领域可以提高汽车的安全性能和燃油经济性；在船舶领域可以提高船舶的抗风浪能力和航行速度；在体育器材领域可以提高器材的性能和使用寿命；在军事装备领域可以提高装备的防护性能和机动性。 最后，高性能纤维及复合材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材、军事装备 等领域都有着广泛的应用。在航空航天领域，高性能纤维及复合材料被用于制造飞机机身、航天器外壳等部件；在汽车领域，高性能纤维及复合材料被用于制造车身、发动机零部件等部件；在船舶领域，高性能纤维及复合材料被用于制造船体、船舶结构件等部件；在体育器材领域，高性能纤维及复合材料被用于制造滑雪板、自行车车架等器材；在军事装备领域，高性能纤维及复合材料被用于制造防弹衣、武器零部件等装备。 综上所述，高性能纤维及复合材料具有广泛的应用前景，其轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点使其在各个领域都有着重要的地位。随着科技的不断进步，相信高性能纤维及复合材料会有更加广阔的发展空间。

高性能聚乙烯纤维及其复合材料发展与应用

高性能聚乙烯纤维及其复合材料开展与应用论文关键词：高性能聚乙烯纤维外表改性复合应用 论文摘要：高性能聚乙烯纤维作为新型有机纤维，其性能与复合材料的应用是科研人员研究的热点之一。着重探究高性能聚乙烯纤维的性能、外表改性以及复合材料的应用等问题。 近几年，纤维的高性能、高功能和高感性一直是研究者对新型化纤材料研究的重点，高性能聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶之后具有极其重要战略意义的新型纤维材料，因其独特的性能，该纤维及其增强复合材料已被广泛应用于多个领域，倍受研究人员与消费企业的青睐。 1高性能聚乙烯纤维的构造及特点 高性能聚乙烯纤维的高强高模特性自身的超高相对分子质量、沿轴向高度取向和晶体构造。聚乙烯具有亚甲基相连的大分子链的化学构造，在超倍牵伸时，形成伸直链超分子构造，高性能聚乙烯纤维的优越性能完全是由于它的这种超分子构造决定的。 高性能聚乙烯纤维的一个突出优点是密度低，为0.97g/cm3，使得其质量轻的同时，可以到达较大的比拉伸强度和拉伸模量；由于聚乙烯不含易与接触物质发生反响的羟基、芳香环等基团，使得其具有高耐酸碱腐蚀性；同时，高性能聚乙烯纤维熔点比普通聚乙烯低，沸水收缩率也较低。另外，即使在很低的温度下，该纤维仍可以保持柔软。 2高性能聚乙烯纤维的缺点及改进现状 高性能聚乙烯纤维有其不可防止的缺乏，如熔点低蠕变高，在制造复合材料的过程中具有较高的纤维外表惰性和较差的浸润性。这些特点直接影响了高性能聚乙烯纤维在复合材料中的应用范围，

围绕高性能聚乙烯纤维制造与改性的研究也在近些年获得了阶段性成果。 1）改进低熔点和高蠕变。研究证明进展放射处理，使超高强聚乙烯纤维产生分子间交联，或进步其分子量或共聚（如使用有机过氧化物等化学物质）改性，均可使纤维蠕变得到改善，熔点得以进步。 2）改进纤维与基体的粘结性。高性能聚乙烯纤维的化学惰性和低外表能，决定了其与基体的粘合性很低，研究说明可以通过以下方法对其加以改进：①使用化学试剂进展处理。如用二甲苯、铬酸、高锰酸钾等强氧化性剂对高性能聚乙烯纤维外表进展氧化处理，产生含氧活性基团，与基体形成化学键，使其外表凸凹不平，加大其粗糙程度，进步其粘接性能；②使用辐射引发外表接枝处理。用丙烯类单体，如丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等，接枝在高性能聚乙烯纤维链上，进步纤维与树脂基体的粘接性能；③采用电晕放电处理及等离子处理。它是利用等离子体发生装置产生等离子流利用它冲击纤维外表到达很高外表活性的目的其总的效果是在纤维外表产生微凹痕增加纤维外表积通过处理，使其外表形成极性基团，从而进步其与树脂基体的粘接性能；④目前高性能聚乙烯纤维复合材料常用的树脂体。由于上述3种方都会损害纤维的综合性能为代价的，而且拉伸强度和模量下降尤为明显，所以寻找或合成树脂基体来进步粘接性那么是较好的方式。经过大量研究，目前符合聚乙烯纤维复合材料用树脂基体条件的有聚氨酯类、橡胶类、乙烯酯类树脂体。 3高性能聚乙烯纤维复合材料类型 高性能聚乙烯纤维复合材料主要有以下几类：

碳纤维复合材料的研究与应用

碳纤维复合材料的研究与应用 论文导读：综合以上特点，碳纤维增强塑料（CFRP）在建筑结构中具有突出的应用优势。从以上CFRP材料的综合特性分析，CFRP材料适合作为土木工程领域桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别在应用于纯受拉构件时，材料自身的优势可以得到最大限度的发挥，这也在工程实践中得到了证明CFRP增强塑料是指预浸料碳纤维(CF)，其物理力学性能指标包括抗拉强度、弹性模量、延伸率等，在施工性和使用耐久性方面包括密度、浸透性、均匀度、耐腐蚀性等指标要求。CFRP加固修补混凝土结构是兴起于欧美和日本等发达国家的一项新技术，在我国起步较晚，但最近几年我国对CFRP 加固修补混凝土结构技术的系统研究呈现不断发展的趋势，而且已经取得了实质性成果。关键词：混凝土结构加固，CFRP，研究，应用 1. CFRP 增强塑料的特点与性能研究 碳纤维是一种高性能纤维，在建筑结构中的使用量最大。论文参考网。在保护气氛中的有机纤维在施加张力牵引下，经过热处理碳化而成为含碳量90%以上的碳纤维。在混凝土结构的加固补强中，碳纤维片材作为碳纤维增强塑料的一种使用较多。我国土木工程领域多使用日本生产的碳纤维片，这种材料包括单向片、单向预浸片、单向织布、双向织布等多种形式。

与普通建筑钢材相比，碳纤维增强塑料具有如下特点：顺纤维方向抗拉强度远大于普通钢筋；均匀性与钢材相比较差，各向异性；重量轻, 密度约为钢材的1/5，便于施工安装；耐久性好；抗腐蚀性能好，除了强氧化剂外，一般如浓盐酸、30% 的硫酸、碱等对其均不起作用；热膨胀系数低；应力-应变曲线呈线性分布；减震性能好，其自振频率很高，可避免早期共振，且内阻很大，若发生激振，衰减快；材料柔软，产品形状几乎不受限制，还可以任意着色，将结构形式和材料美学统一起来；非磁性。综合以上特点，碳纤维增强塑料（CFRP）在建筑结构中具有突出的应用优势。 从以上CFRP 材料的综合特性分析，CFRP材料适合作为土木工程领域桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别在应用于纯受拉构件时，材料自身的优势可以得到最大限度的发挥，这也在工程实践中得到了证明CFRP 增强塑料是指预浸料碳纤维(CF)，其物理力学性能指标包括抗拉强度、弹性模量、延伸率等，在施工性和使用耐久性方面包括密度、浸透性、均匀度、耐腐蚀性等指标要求。(1)力学性能。利用碳纤维所具有的具有高强度(抗拉强度高达一般钢材的10余倍)、高弹性模量、密度小、延伸率小等优异特性，可有效提高混凝土结构的承载力，增强其延性、抗裂性能，达到高强、高效加固修复混凝土结构的目的。论文参考网。(2)热学性能。碳纤维的耐高低温的性能好，热导率高。(3)耐化学性能。碳

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 摘要：与其它高性能纤维相比，碳纤维具有优异的力学性能、较高的比模量，甚至在高温下，碳纤维的强度也不会受到影响。此外，在导电，热传导和电磁屏 蔽方面也表现出良好的优异特性。碳纤维复合材料在飞机上的应用越来越广泛， 性能也越来越好。近年来，近一半以上的碳纤维复合材料应用于新型高端航空产品。碳纤维复合材料用于航空器促进航空业快速发展，取得良好成效，对于碳纤 维产业进一步发展有重要意义。 关键词：碳纤维复合材料；航空领域；应用研究 1.碳纤维复合材料的优势 碳纤维相对于其他复合型材料本身重量较轻，且能够根据不同使用要求成型 处理材料。航空航天领域成品重量计算中发现采用碳纤维复合材料比相同尺寸零 件自重减轻500公斤。这更证明碳纤维材料在研制过程中的优越性，当飞机和其 他航天设备自重降低时，可以降低工作过程中的燃油消耗，同时还可以为飞机外 部机构提供防护。尽管碳纤维本身重量较小，但是其在服役期间可以经受高温所 造成的冲击，而且材料本身的特性也不容易发生改变，这就给飞机和其他航空航 天设备提供了一个稳定的工作保证。除了以上优点之外，碳纤维材料承载性能也 很突出，强度可达钢材料强度的五倍以上。这一点是其他材料难以做到的。飞机 在起飞过程中，要求初始速度很大，要达到一定的速度才能顺利地起飞。飞机在 飞行过程中还受到空气摩擦所产生的压强，所以对于外层材料的耐高温性能要求 非常高。经检测得知，碳素纤维在2000°C高温环境下仍能保持其性能不变，结 构形状基本没有变化。并且碳纤维化学性质稳定，不容易被氧化，应用在航天设 备的外部结构中，也不会被轻易的腐蚀，这种性质也是传统复合材料中不具备的。这就可以对飞机进行安全防护，外层结构在使用解读阶段不发生形变，在制造成 本上得到显着下降。 2.碳纤维复合材料在航空领域中的应用

碳纤维复合材料的研究进展及其应用

碳纤维复合材料的研究进展及其应用 碳纤维复合材料是一种由高强度的碳纤维与树脂基体组成的复合材料。由于具有高强度、低密度、优异的耐高温性能以及良好的耐腐蚀性等特点，碳纤维复合材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广泛的应用。本文将对碳纤维复合材料的研究进展及其应用进行探讨。 首先，碳纤维复合材料的研究进展主要集中在材料的改性与强化方面。目前的研究包括改进纤维表面处理技术、改善树脂基体的改性方法以及提 高复合材料界面结合强度等方面。例如，通过改进氧化法和表面改性方法，可有效提高碳纤维的表面活性，增加与树脂基体的相容性，提高界面结合 强度。同时，研究人员还通过添加纳米颗粒等方法，实现了对碳纤维复合 材料性能的进一步增强。 其次，碳纤维复合材料在航空航天领域具有重要的应用价值。碳纤维 复合材料的低密度和高强度使其成为制造飞机和航天器的理想材料。目前 的研究主要集中在开发高性能、轻质碳纤维复合材料结构件，以减轻飞机 和航天器的重量、提高燃油效率和载重能力。比如，碳纤维复合材料可以 应用于飞机机身、机翼、尾翼等部件的制造，能够显著提高航空器的综合 性能。 此外，碳纤维复合材料在汽车制造领域也有广泛的应用。由于碳纤维 复合材料具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能，它可以减轻汽车重量， 提高车辆的燃油经济性和行驶性能。目前的研究主要集中在开发碳纤维复 合材料车身结构的制造工艺和材料设计。例如，研究人员正在探索如何将 碳纤维复合材料应用于汽车车身各个部位，设计出更轻、更坚固的车身结构。

此外，碳纤维复合材料还在船舶制造、体育器材制造等领域有着广泛的应用。在船舶制造领域，碳纤维复合材料可以替代传统金属材料，减轻船舶重量，提高船舶的速度和燃油效率。在体育器材制造领域，碳纤维复合材料可以制造出更轻、更坚固的高尔夫球杆、网球拍等器材，提高运动员的竞技水平。 总之，碳纤维复合材料的研究进展及其应用前景广阔。随着材料科学和工艺技术的不断发展，碳纤维复合材料将在更多的领域得到广泛应用，推动相关产业的发展。

土木工程用高性能纤维复合材料制备及应用关键技术项目简介

附件 1 《土木工程用高性能纤维复合材料制备及应 用关键技术》项目简介土木工程用高性能纤维增强复合材料 (High Performance Fiber Reinforced Polymer ，简称 HP-FRP主要指以碳纤维、高性能玻璃纤维增强的树脂基复合材料(即 CFRP和HP-GFRP,具有高强、轻质、耐久、可设计等优点，能满足土木工程提高结构的安全性与耐久性、延长使用寿命的迫切需求。 上世纪90年代，在我国土木工程用 HP-FRP的技术领域，缺少满足要求的产品、缺少专用技术装备、缺少相关标准。 1996年，本项目组率先在国内开展了CFRP加固混凝土结构 关键技术的研究，并先后承担完成了 863 计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目等 11 项国家级科技项目。1998 年完成了国内首个应用示范项目，并开始编制首部 FRP材料及应用技术标准，1999年率先研发成功了具有自主知识产权的结构加固补强用织物及配套树脂， 2000 年率先研发成功了第一代土木工程用 HP-FRP板、筋成套技术装备，填补了国内空白。随后，项目组持续开展土木工程用HP-FRP 的相关制备技术、产品和装备的研发，不断更新换代； 2005 年，研发出了拉挤—缠绕装备，能生产2600MPa级CFRP筋材；2012 年，在国际上首创了拉挤－缠绕－绞合一体化连续生产装备，

能高效、稳定、低成本的生产c FRP绞线产品。 项目组在 HP-FRP 制品与制造装备方面实现重大突破，产品出口到 20 多个国家和地区，技术水平和市场占有率均居国内首位。 此外，在 HP-FRP 结构加固技术和新型结构技术的研究中取得新突破，相继建成国内首座CFRP拉索斜拉桥、国内 首栋CFRP悬挂建筑、国内首个万米级全FRP工业防腐平台、 国内首个全FRP桁架桥，为HP-FRP在土木工程中应用起到了重要的示范作用，奠定了其大规模工程应用的技术基础。在中国有 3000 多家专业公司采用了本项目的研究成果。 项目组研发了 5类HP-FRP材料、3大系列6个品种65 个型号的专用制造装备，获得 9件国内发明专利、 31 件实用新型专利、 1项国家级工法， 3项专有技术；主编国家标准 4 部、行业标准 6 部；出版专著 5 部，发表论文 254 篇，其中 SCI 收录 11 篇， EI 收录 57篇，中文核心 180 篇，研究论著在国内外主要期刊数据库中被他人引用共5001 次，得到国内外同行的高度评价，并被美国国家标准引用，取得了多项国际领先水平的技术成果。 主要创新性成果： (1)为确保通常 HP-FRP 制品生产中数百根纤维束的“直、匀、齐”，自主研发了恒张力控制、稀纬定纹等 HP-FRP 精密控制成型关键技术，攻克了纤维织物结构易变形、张力不均匀的技术难题，产品性能指标达到或超过国外同类产品； (2)为满足土木工程用 HP-FRP产品的高效率、低成本、