碳纖維復(fù)合材料

1、碳纖維復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 (Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP)是以碳纖維或碳 纖維織物為增強(qiáng)體，以樹(shù)脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體所形成的復(fù)合材料， 簡(jiǎn)稱(chēng)碳纖維復(fù)合材料。碳復(fù)合材料的特性主要表現(xiàn)在力學(xué)性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個(gè)方面。(1) 密度低(1.7g/cm3左右)在承受高溫的結(jié)構(gòu)中，它是最輕的材料;高溫的強(qiáng)度好，在2200OC時(shí)可保留室溫強(qiáng)度；有較高的斷裂韌性，抗疲勞性和抗蠕變性；而且拉伸強(qiáng)度和彈性模量高于一般的碳素材料，纖維取向明顯影響材料的強(qiáng)度，在受力時(shí)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)呈現(xiàn)”假塑性效應(yīng)"即在施加載荷初期呈

2、線(xiàn)性關(guān)系，后來(lái)變成雙線(xiàn)性關(guān)系，卸載后再加載，曲線(xiàn)仍為線(xiàn)性并可達(dá)到原來(lái)的載荷水平。(2) 熱膨脹系數(shù)小，比熱容高，能儲(chǔ)存大量的熱能，導(dǎo)熱率低，抗熱沖擊和熱摩擦的性 能優(yōu)異。(3) 耐熱燒蝕的性能好，熱燒蝕性能是在熱流作用下，由于熱化學(xué)和機(jī)械過(guò)程中引起的 固體材料表面損失的現(xiàn)象，通過(guò)表層材料的燒蝕帶走大量的熱量，可阻止熱流入材料內(nèi)部， C-C材料是一種升華-輻射型材料。復(fù)合原理 它以碳纖維或碳纖維織物為增強(qiáng)體，以碳或石墨化的樹(shù)脂作為基體。復(fù)合以后的這種材料在高溫下的強(qiáng)度好，高溫形態(tài)穩(wěn)定，升華溫度高，燒蝕凹陷性，平行于增強(qiáng)方向具有高強(qiáng)度和高剛性，能抗裂紋傳播，可減震，抗輻射。碳纖維增強(qiáng)尼龍的特色碳纖

3、維具有質(zhì)輕、拉伸強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特色，與玻璃 纖維比較，模量高 3? 5倍，因而是一種取得高剛性和高強(qiáng)度尼龍資料的優(yōu)秀增強(qiáng)資料。碳 纖維復(fù)合資料可分為長(zhǎng)(接連)纖維增強(qiáng)和短纖維增強(qiáng)兩大類(lèi)。纖維長(zhǎng)度可從300400m 到 幾個(gè)毫米不等。曩昔 10年中，大家在改善不一樣品種的碳纖維復(fù)合資料加工辦法和功能方 面投入了許多的研討。從預(yù)浸樹(shù)脂到模塑法加工，從短纖維摻混塑料注射加工到層壓成型， 在碳纖維復(fù)合資料及制品制造方面積累了許多成功的經(jīng)歷。當(dāng)前普遍認(rèn)為，長(zhǎng)(接連)纖維有高強(qiáng)、高韌方面的優(yōu)越性，短切纖維有加工性好的特色。因而，長(zhǎng)碳纖維復(fù)合資料在加工上完善成型技術(shù)、短碳纖維復(fù)

4、合資料進(jìn)一步進(jìn)步力學(xué)功能是碳纖維復(fù)合資料開(kāi)展的方向。依據(jù)碳纖維長(zhǎng)度、外表處理方式及用量的不一樣，還能夠制備歸納功能優(yōu)秀、導(dǎo)電功能 各異的導(dǎo)電資料，如抗靜電資料、電磁屏蔽資料、面狀發(fā)熱體資料、電極資料等。碳纖維增歸納表現(xiàn)了二者的優(yōu)越性，強(qiáng)度與剛性比未增強(qiáng)的尼龍高許多，高溫蠕變小，熱穩(wěn)定性明顯進(jìn)步，尺度精度好，耐磨，阻尼性?xún)?yōu)秀，與玻纖增強(qiáng)尼龍比較有非常好的歸納功能，如表所 示。1.6%、1.5%;線(xiàn)脹系數(shù)用活動(dòng)方向/筆直方向表明。復(fù)合資料的力學(xué)功能主要與根底樹(shù)脂、增強(qiáng)纖維性質(zhì)、纖維與樹(shù)脂界面的聯(lián)系程度、成 型擠出技術(shù)、增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度及散布狀況有關(guān)。要想得到高強(qiáng)度的碳纖維增強(qiáng)PA66，應(yīng)盡量使碳纖維

5、堅(jiān)持較大的長(zhǎng)徑比，在螺桿組合妥當(dāng)?shù)那闆r下，確保碳纖維必定的長(zhǎng)度是有能夠的，通常長(zhǎng)度散布在 0.2.30mm 最大長(zhǎng)度在0.5mm。碳纖維增強(qiáng)尼龍與玻璃纖維增強(qiáng)尼龍有很大區(qū)別。碳纖維不耐剪切，在螺桿組合規(guī)劃上要確保剪切力恰當(dāng)， 使纖維長(zhǎng)度在需求的尺度范圍內(nèi)。在熔融區(qū)要確保尼龍充沛熔融，在捏合區(qū)要恰當(dāng)削減捏合元件，以確保碳纖維有必定的長(zhǎng)度，才干發(fā)生較好的增強(qiáng)效果。在雙螺桿擠出中，在確保碳纖維在尼龍基體中渙散杰出的前提下，應(yīng)盡能夠確保碳纖維有較大的長(zhǎng)徑比，以最大極限地發(fā)揚(yáng)碳纖維的增強(qiáng)效果。碳纖維是歸納功能很全部的資料之一，其報(bào)價(jià)也較為貴重。運(yùn)用碳纖維增強(qiáng)尼龍，在進(jìn) 步尼龍的多項(xiàng)功能的一起，也使得制成

6、品的本錢(qián)及加工難度相應(yīng)進(jìn)步。因而在滿(mǎn)意運(yùn)用條件及規(guī)劃余量的情況下，碳纖維有一經(jīng)濟(jì)參加量。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳纖維參加量與制成的復(fù)合資料力學(xué)功能之間存在著圖所示的半定量聯(lián)系環(huán)氧樹(shù)脂/碳纖纖維復(fù)合材料的成型工藝環(huán)氧樹(shù)脂（EP）/碳纖維（CF ）復(fù)合材料是CF增強(qiáng)復(fù)合材料的一個(gè)重要分支。近年來(lái)， 隨著人們對(duì)EP/CF復(fù)合材料言聽(tīng)計(jì)從的不斷深入，其優(yōu)異的性能不斷凸現(xiàn)，促使其用是不 是 不斷上升。20世紀(jì)70年代以前，EP/CF復(fù)合材料被視為昂貴的材料，價(jià)格約為玻璃纖 維（CF）增強(qiáng)復(fù)合材料的10倍，只用于軍工、宇航等尖端技術(shù)行業(yè)。20世紀(jì)80年代以后， CF工業(yè)和EP工業(yè)迅速發(fā)展，EP/CF復(fù)合技術(shù)不斷進(jìn)

7、步，加入到 EP中的CF比例不斷上 升，目前CF的體積分?jǐn)?shù)已可達(dá) 60%以上，使EP/CF復(fù)合材料的質(zhì)量提高而價(jià)格下降，拓 寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)一步促進(jìn)了EP/CF復(fù)合材料的發(fā)展。1 CF及其EP復(fù)合材料的基本特點(diǎn)1 . 1CF的特點(diǎn)和基本成分CF主要由碳元素組成，其含碳量一般在 90%以上。CP具有耐高溫，耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo) 熱及耐腐蝕等特性，與一般碳素材料不同的是， 其各向異性顯著，柔軟，可加工成各種織物， 沉纖維軸向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，制備 CF的主要原材料有人造畢（粘膠纖維）、聚丙烯腈（PAN ）纖維和瀝青等。通常制備高強(qiáng)度、高模量 CF多先用PAN為原料。制備 CF需經(jīng) 過(guò)拉絲，牽伸、穩(wěn)定

8、、炭化、石墨化5個(gè)階段碳纖維復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)1、高強(qiáng)度（是鋼鐵的5倍）2、出色的耐熱性（可以耐受2000 C以上的高溫）3、出色的抗熱沖擊性4、低熱膨脹系數(shù)（變形量?。?、熱容量?。ü?jié)能）6、比重?。ㄤ摰?/5）7、優(yōu)秀的抗腐蝕與輻射性能碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在 3500Mpa以上，是鋼的79倍，抗拉彈性模量為 2300043000Mpa 亦高 于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/（g/cm3）以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/（g/cm3）左右，其比模量也比鋼高。增強(qiáng)尼龍PA66性能增強(qiáng)P

9、A66-流動(dòng)性的改善降低了 PA66等熱塑性材料的加工時(shí)間、成本及能 源消耗。在其它所有性能相近的情況下，擁有良好流動(dòng)性的材料在注塑成型中比 低流動(dòng)性的常規(guī)材料更受青睞。高流動(dòng)性意味著注塑或填充壓力更低， 所需合模 力也更低。因此，加工者可以選擇更小型的設(shè)備生產(chǎn)部件。眾所周知，一臺(tái)注塑 成型設(shè)備越大，運(yùn)營(yíng)成本也就越高；因此，高流動(dòng)性材料可以為廠(chǎng)商創(chuàng)造更高價(jià) 值。更優(yōu)異的流動(dòng)性也意味著注塑溫度更低。這可以帶來(lái)兩個(gè)好處：加工周期縮短使生產(chǎn)率提高，以及注塑成型能耗降低。由于高流動(dòng)性PA66具備更優(yōu)異的流動(dòng)性，基本可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)流徑。制模難度隨之降低，注點(diǎn)數(shù)量相應(yīng)減少，從而可以使用更少的昂貴的熱流道噴嘴。

10、巴斯夫測(cè)試結(jié)果表明用高流動(dòng)性的生產(chǎn)部件所需 加工溫度更低，降溫脫模更快，從而更快地從模具中取出部件。這使加工周期縮 短了近30%如果加工者使用高流動(dòng)性材料，就可以降低加工溫度，同時(shí)更早的 改鑄部件，一舉兩得，這樣既節(jié)約了能源，又提高了生產(chǎn)效率。高能源效率特別 適合對(duì)加工周期有更高要求的后整理工序。增強(qiáng)PA66-聚酰胺PA66材料在制成后會(huì)完全變干。如暴露在潮濕空氣中或浸泡 在水中，這些模制品會(huì)吸水，其吸水速度取決于其所處的具體條件。在加速條件 下，如調(diào)濕處理時(shí)，它們可在極短的時(shí)間內(nèi)吸收一定數(shù)量的水分，從而改善模制品的各種特性，如抗沖強(qiáng)度等。聚酰胺 6、聚酰胺66及共聚酰胺66/6的吸水量 相對(duì)

11、較大，因此必須進(jìn)行調(diào)濕處理。但調(diào)濕處理對(duì)新制注塑PA66部件幾乎沒(méi)有作用，因此無(wú)需進(jìn)行。此時(shí)，除需要滿(mǎn)足特定的尺寸規(guī)格等例外情況外，調(diào)節(jié)處 理沒(méi)有任何意義。對(duì)干的PA66部件進(jìn)行調(diào)濕處理旨在使其盡快吸水。標(biāo)準(zhǔn)操作 是在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（23C /相對(duì)濕度50%下，將部件的水分含量調(diào)節(jié)處理至 平衡值。也可在其他氣候條件（給定溫度和相對(duì)濕度）下將部件的水分含量調(diào)節(jié) 處理至平衡值。除非部件始終浸泡在水中，水分含量將無(wú)法達(dá)到最大值。但在操 作實(shí)踐中，只有在23C/相對(duì)濕度50%條件下的水分含量平衡值才具有實(shí)際意義。 吸水使干的聚酰胺部件的特性和尺寸變化增大。如在使用條件下發(fā)生吸水，對(duì)于 很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，變

12、化都可能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，使用中將經(jīng)受高彈性形變及高 沖擊荷載。增強(qiáng)PA66-在正常條件下，PA66部件會(huì)從空氣中極其緩慢地吸收水分，尤其是 當(dāng)其具有厚壁時(shí)。因此，如不進(jìn)行調(diào)濕處理，其在經(jīng)歷一段非常漫長(zhǎng)的時(shí)間后， 才能達(dá)到水分含量平衡值，最終的尺寸在這之后方能固定下來(lái)。另一方面，如果 要對(duì)部件進(jìn)行調(diào)濕處理，如保存在潮濕空間（40C /相對(duì)濕度90%或浸泡在水 中（40C），則可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到水分含量的平衡值，由于調(diào)濕處理涉及一定的 費(fèi)用，只有當(dāng)從一開(kāi)始就必須確保聚酰胺的高剛性或尺寸穩(wěn)定性時(shí)，調(diào)濕處理才是必要的。這一點(diǎn)也同樣適用于玻璃強(qiáng)化級(jí)產(chǎn)品。另一個(gè)進(jìn)行調(diào)濕處理的原因， 是很多PA66工程部

13、件在尺寸、強(qiáng)度和剛性上都規(guī)定要求窄的公差。從而勢(shì)必要 求部件的水分含量，必須與預(yù)期使用時(shí)的氣候條件下的平衡狀態(tài)嚴(yán)格一致，可通過(guò)向非強(qiáng)化級(jí)產(chǎn)品中加入一定數(shù)量的玻璃纖維， 獲得具有特定的水分含量的增強(qiáng)級(jí)產(chǎn)品。例如，加入30%勺玻璃纖維后，增強(qiáng)級(jí)產(chǎn)品所含的水分僅為原非增強(qiáng)級(jí)產(chǎn)品的70%而含25%玻璃纖維的增強(qiáng)級(jí)產(chǎn)品，其水分則為非增強(qiáng)材料的75%增強(qiáng)PA66-水分在PA66中的擴(kuò)散速度隨溫度降低而迅速降低。因而，即使環(huán)境 濕度低，已吸收水分的釋放速度仍然非常緩慢。這就是為什么PA66塑料在寒冷的氣候下，即使在室外，仍能保持其剛性。水的增塑作用提高了聚酰胺的抗沖強(qiáng) 度，并使其即使在溫度為零下時(shí)依舊保持有效。 通常，聚酰胺中吸收的水分被誤