碳纖維增強復合材料概述

1、1碳纖維增強復合材料概述碳纖維增強復合材料概述摘要摘要：本文對碳纖維增強復合材料進行了介紹，詳細介紹了其優(yōu)點和應用。并對碳纖維復合材料存在的問題提出建議。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：碳纖維，復合材料，應用Abstract:Inthispaperthecarbonfiberreinfcedcompositematerialsareintroduceditsadvantagesapplicationwasintroducedindetail.putsfw

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

3、的發(fā)展方向是結(jié)構(gòu)復合材料，但現(xiàn)在也正在發(fā)展集結(jié)構(gòu)和功能一體化的復合材料。通常將組成復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。對結(jié)構(gòu)復合材料而言，組分材料包括基體和增強體，基體是復合材料中的連續(xù)相，其作用是將增強體固結(jié)在一起并在增強體之間傳遞載荷；增強體是復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體，其中纖維可分為連續(xù)纖維、長纖維和短切纖維，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的連續(xù)細絲材料，直徑范圍在6～8m內(nèi)，是近幾十年發(fā)展起來的一種新型材料。目前用在復合材料中的碳纖維主要有兩大類：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）、瀝青原絲通過專門而又復雜的碳化工藝制備而得。通過碳化工藝，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，實際證明用CFRP代替鋼或鋁可減輕重量達20%～40%，因而在許多工業(yè)領(lǐng)域特別是在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應用。業(yè)內(nèi)專家指出，飛機自重每減少1kg，相當于五百萬美元的累積經(jīng)濟效益，由此可以看出復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、海運、交通等與運行速度要求有關(guān)的部門都會因采用復合材料而大為受益。2）材料性能的可剪裁性（tailability）大多數(shù)CFRP可通過設(shè)計增強纖維的取向及用量來對結(jié)

6、構(gòu)材料的性能實行剪裁，達到性能最佳化。例如，可把復合材料設(shè)計成在主受力方向上有足夠的纖維取向來承受載荷，其他方向有適當?shù)睦w維來承受剪切載荷或其他載荷，而這種多纖維取向結(jié)構(gòu)的成型又可通過不同的成型技術(shù)來完成。復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)計和制造實行一體化，既簡化了制造程序，又降低了制造成本。3）成型工藝的多選擇性復合材料技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(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、樹脂傳遞模塑（RTM）、拉擠、注射、噴塑、搓管以及大型復雜部件的共固化整體成型技術(shù)等，實際應用時可根據(jù)構(gòu)件的性能、材料種類、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對疲勞裂紋擴張有“抑制”作用，這是因為當裂紋由表面向內(nèi)層擴展時，到達某一纖維取向的層面時，會使裂紋擴展在該層面內(nèi)呈現(xiàn)斷裂發(fā)散，這種特性使得CFRP的疲勞強度大為提高。研究表明鋼和鋁的疲勞強度是靜力強度的50%，而CFRP可