中温固化树脂碳布复合材料工艺性能研究
第26卷 第5期2006年10月
航 空 材 料 学 报
J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS
V o.l 26,N o .5O ctober 2006
中温固化树脂/碳布复合材料工艺性能研究
乌云其其格,廖子龙
(北京航空材料研究院,北京100095)
摘要:采用树脂的粘度-温度曲线、凝胶时间-温度曲线、D SC 法确定了树脂的固化工艺。比较了溶液法和热熔法制备的预浸料复合材料力学性能。结果表明,热熔预浸料复合材料湿热性能高于溶液预浸料。对复合材料断面进行扫描电镜分析,断面的纤维和树脂粘接良好。关键词:树脂;复合材料;性能;碳布
中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)05-0065-05
收稿日期:2004-12-09;修订日期:2006-08-20作者简介:乌云其其格(1968 ),女,博士。
环氧树脂因具有良好的耐化学性、低收缩、高强度和优异的工艺性而在不同领域得到广泛应用。但一般环氧树脂较脆,冲击性能差,不能直接用于蜂窝或泡沫夹层结构,需要相应的胶膜才能制备夹层结
构,工艺较复杂,并且达不到航空制件的减重目的。为此,我们以双酚A 环氧为主组分,选用合适的增韧剂、固化剂和促进剂等填料,调整配方研制了一种中温固化树脂,命名为3233树脂。该树脂采用胺类固化剂和一种中温固化促进剂,使树脂在100~150 温度固化
[1~4]
。所研制的3233树脂体系韧性
较好,可直接用于蜂窝或泡沫夹层结构,不需要胶
膜,能达到减重的目的。具有良好的抗冲击性能及耐湿热老化性能
[5]
。加压范围宽,固化工艺简单,
固化时间短,成型成本低,固化工艺参数适应性强,与其它树脂易配合使用,可以共固化成型。该树脂适用于制备碳纤维及其织物、玻璃纤维及其织物、芳纶纤维及其织物等预浸料,并已实现批量生产,成功用于航空主承力件及次承力件上。
本工作主要对3233树脂的固化工艺和预浸料制备工艺对3233中温固化树脂/G814NT 碳布复合材料的性能影响进行了探讨。
1 实验部分
1.1 主要原材料
3233树脂:自制,主组分为双酚A 环氧。
G814N 碳布:法国HEXCEL 公司生产,采用T300B 纤维纺织的平纹碳布,单位面积质量为193 8g /m 2
。1.2 仪器设备
48 热熔预浸机:自制;48 溶液法预浸机:自制;Per k i n g -E l m er 型热分析仪:美国进口;Brookfie l d DV-Ⅰ型旋转粘度仪:美国进口;湿热老化箱:哈尔宾理化仪器厂。1.3 测试方法
预浸料单位面积质量和树脂含量:按J C /T 780 87进行;预浸料挥发物含量:按J C /T 776 85进行;拉伸性能:按GB /T 3354 82进行;压缩性能:按GB /T 3856 83进行;弯曲性能:按GB /T 3356-99进行;层剪强度:按J C /T 773 82进行;滚筒剥离强度:按Q /6S 1145 94进行;凝胶时间:按GB /T 6554 86进行。
1.4 预浸料、层压板及夹层板的制备
1.4.1 预浸料的制备
3233树脂体系既适合溶液法也适用于热熔法预浸工艺。所制备的预浸料物理性能符合相应材料标准,其主要指标见表1。
表1 3233/G814NT 碳布预浸料主要性能
T ab l e1 M a i n properties o f 3233/G814NT ca rbon c l o t h prepeg
P roperti es
T a rget v al ue U n i t area w e i ght/g m -2
420 20R esi n content /%54 4V o latile content/%
0.8
1.4.2 层压板的制备
按层合板铺层要求将预浸料裁剪,按经向对经
向铺贴,放入涂有脱模剂(或覆有隔离膜)的模具内,用限位条控制其厚度,用模压法成型。按文中确定的固化工艺成型,铺层层数为10层,层压板厚度为2 0.1mm 。1.4.3 夹层板的制备
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第26卷
试样用芯材为NA-G5铝蜂窝,其厚度为16mm 。
上下面板铺层对称铺贴,每面2层。布的经向与试
件最大尺寸及蜂窝的L 方向平行。纬纱面与蜂窝接触。将组装好的真空袋放入烘箱内,边抽真空边升温,真空度为0.08~0.1M Pa ,由室温升至125 5 ,在125 5 下保温90m i n ,自然冷却至60 以下取出。
1.4.4 固化度的测定
用红外光谱可定量分析固化程度,按预定的固化工艺固化后,进行红外分析,所得图谱与未固化的环氧图谱对比,另选一个不随固化度变化而变化的特征峰为参考峰,按下式计算:
固化度=[(E 环/E 参)反应前-(E 环/E 参)反应后]/(E 环/E 参)反应前
式中:E 环为环氧基吸光度,E 参为参考基团吸光度,
以苯环的1610c m -1
为参考峰。
DSC 分析时,固化90m i n 后的胶样在曲线上没出现固化放热峰,按下式计算固化程度:
固化度=100( H 总- H 剩)/ H 总
H 总为未经加热试样的放热量, H 剩为加热一段时间后剩余反应的放热量。
2 结果与讨论
2.1 3233树脂体系固化工艺
通过树脂体系的凝胶时间与温度的关系、DSC 分析和粘-温曲线确定固化工艺。2.1.1 粘度-温度曲线
树脂及预浸料的工艺性能主要由树脂体系的粘-温曲线决定,粘度低时,不容易成膜,无法用二步热熔法制备预浸料,并且制备层压板或制件时,树脂对温度和压力敏感,不易控制工艺,造成层压板或制件缺胶或分层等缺陷。粘度过高时,树脂不易浸透织物,并且预浸料粘性差,变硬,工艺性差等现象。因此树脂体系粘度-温度曲线对预浸料的制备和制件成型有一定的指导意义。当升温速率为2 /m in 时,所测得的树脂体系粘度-温度曲线见图1
。
图1 3233树脂体系粘度-温度曲线F i g .1 V i sco sity -temperature curve o f 3233resin
从图1可见,曲线粘度最低点出现的较晚,并且最低点的粘度较高,表明树脂体系对加压点的选择不敏感,并且在该升温速率下,树脂体系在110 以下粘度没出现开始增加现象。对热熔预浸参数的选择提供较宽的温度和时间范围,具有良好的操作性及成形工艺适应性好的特点。
2.1.2 凝胶时间与温度的关系
温度直接影响到树脂体系凝胶时间的长短,而凝胶时间是影响固化工艺和贮存期的关键因素。在不同温度下测试3233树脂的凝胶时间,凝胶时间-温度关系见图2。
图2 3233树脂凝胶时间-温度关系曲线F ig .2 G el ti m e -T emperature curve o f 3233res i n
由图2结果可见,树脂体系在110 以下温度下凝胶时间较长,该曲线能为热熔预浸参数的选择和固化工艺的确定具有一定的参考价值。
2.1.3 DSC 分析
通过DSC 分析可以初步确定树脂体系的固化工艺。树脂的固化工艺一般是在恒温条件下进行的,而DSC 分析通常采用的是等速升温法,对树脂体系采用不同的升温速率,DSC 曲线的峰值温度有明显的差异,为了消除这种影响,将其峰始温度T i 、峰值温度T p 、峰末温度T f 对升温速率 作图。应用外推法求升温速率为0 /m in 时的温度,从而确定最佳固化工艺范围。树脂体系的DSC 结果见表2。树脂体系的峰温-升温速率的关系见图3
。
图3 3233树脂体系温度(T )-升温速率( )关系曲线F i g .3 T emperature -heati ng rate curve o f 3233resi n
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表2 3233树脂DSC数据
T able2 D SC D ata o f3233resi n
H eati ng rate/ m i n-1
P eak te m peraturen/
T
i
T
p
T
f
5105133157
10108144167
20116155188
从图3可见,外推至升温速率为0 /m i n时的峰始温度T i、峰值温度T p、峰末温度T f为102 , 126 ,144 。结合粘度-温度曲线,其层压板在125 5 下固化。结合125 5 时的凝胶时间,其层压板固化工艺定为125 5 固化90m i n。在125 5 用红外光谱和DSC分析也说明所选定的固化时间是合理的。采用红外光谱和DSC对不同固化时间的固化树脂进行测试,计算固化程度。环氧基团脂在915c m-1左右特征峰,随着固化时间的延长,在915c m-1左右的环氧基的特征峰变弱。
采用红外光谱和DSC对不同固化时间的固化树脂测试,得到的结果见图4
。
图4 固化时间对固化度的影响
F i g.4 The e ffect o f cure ti m e on the cur i ng degree
从图4结果可见,红外光谱和DSC分析法计算
固化度的结果,DSC的结果比红外光谱的结果高一
点,但2种方法测试的结果表明,在90m i n时树脂已
完全固化,说明所制定的固化温度和时间是合理的。
2.2 加压工艺对性能影响
加压点主要由树脂体系的粘-温曲线决定,3233
树脂的粘度-温度曲线比较平滑,最低粘度点较高,
粘度对压力不敏感,表明树脂体系具有良好的操作
性及成形工艺适应性好的特点。表2给出不同加压
点对3233/G814NT碳布复合材料性能的影响。
表3 加压点对3233/G814NT复合材料性能影响
T able3 T he eff ec t of press po i nt on the3233/G814NT composite properti es
P roperty
P ress po i nt
Sta rti ng po i nt90/ 110/
F lexura l stregth/M Pa755748763.5
F lexural modu l us/GP a49.15048 Inte rla m i nar shear streng t h/M Pa60.35959.2
表3结果可知,110 之前加压对性能基本没有影响,表明该树脂体系根据制件的工艺要求可以起始加压。加压范围宽,对制件成型工艺的适应性强,容易控制质量。
通过以上分析,确定3233树脂体系复合材料层压板的固化工艺为:起始至110 加压,由室温升温至125 5 ;在125 5 下保温90m in。因此3233树脂预浸料的固化工艺简单,固化温度低,时间短。
2.3 预浸料的制备工艺对复合材料性能影响
用3233树脂体系可以制备不同织物及单向纤维的预浸料,所制备的预浸料粘性适中,工艺性好,并可以制造复杂曲面的制件。采用溶液法和热熔法分别浸渍G814TN碳布制备3233/G814TN预浸料,测试复合材料层压板的力学性能,见表4。
从表4结果可知,预浸料物理性能中,采用热熔胶膜法制造的预浸料挥发分含量比溶液法低得多。挥发分含量高低会影响层压板性能。从表7中的复合材料层压板力学性能可知,2种方法制备的预浸料层压板室温、80 下的性能几乎相当,并且性能较高。说明2种方法对层压板干态性能没影响。但经湿热老化和水煮后溶液法预浸料层压板性能低于热熔法预浸料层压板性能。尤其是复合材料层压板层间剪切强度最明显。经过水煮后干燥处理的性能得到一定的恢复。这主要是由于在溶液法制备预浸料的过程中使用大量的溶剂,这些低分子溶剂在溶液法预浸过程中很难从预浸料中除去,在复合材料模压成型时,这些低分子化合物在高温下形成微小的气泡,形成孔隙留在层压板内,在水煮或湿热条件下,水分很容易通过孔隙的毛细管作用,进入到树脂和纤维的界面处[6]。由于水分子的极性基团的作
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用削弱了树脂和纤维的界面处的除化学键以外的次价键作用。因此会影响与界面直接关系的层间剪切强度。热熔法制备的预浸料滚筒剥离强度稍高于溶液法预浸料,并且热熔法预浸料的上下板的性能较接近。这是因为溶液法预浸料中的挥发分高,在成型温度下的树脂粘度比热熔法预浸料的粘度低,树脂容易流动,流到下板的树脂多,因此下板的强度比上板的大得多。
表4 3233/G814NT预浸料及复合材料性能
T ab l e4 l a m i nate and prepreg properties o f3233/G814NT carbon c l o t h
T esti ng ite m Condition
P roperty
hot-m elt m ethod so lvent m ethod
U nit area w eight/(g/m2) 419.8438.3 R es i n content/% 54.1556.3 V olatil e conten t/% 0.150.7
F lexura l streng t h/M Pa
RT751760
80 556554
Bo iling-A529423 Bo ili ng-B654635 H ot/we t(750h)529450
F lexural modu l us/GP a
RT5051
80 5054
Bo iling-A47.248.9 Bo ili ng-B48.351 H ot/we t(750h)4647
Inte rla m i nar shear streng t h/M Pa
RT6056.8
80 4940.1
Bo iling-A3529.8 Bo ili ng-B55.544.9 H ot/we t(750h)38.830
T ensile steength/M Pa
RT627620 80 608600
T ensil e m odul us/GP a
RT5556.4 80 49.150
Compression strength/M Pa
RT481461 80 317309
Co m pressi on m odu l us/GPa
RT56.655 80 47.446
R olling ro ll peel strength/(N mm/mm)上4534下4841
N o te:Bo ili ng w ater a conditi on:soaked i n bo ili ng w ater for48h;Boiling w ate r B conditi on:aried at100~105 f o r24h afte r the treat ment o f bo ili ng w ate r a i m med i ate ly;ho t-w et test cond iti on:70 2 ,RH 95%,750.
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第5期中温固化树脂/碳布复合材料工艺性能研究
2.4 复合材料的断面形貌
3233/G814NT碳布布复合材料层压板层间剪切强度试样的断面扫描电镜照片见图5、图6。
从图5、图6可看出,在断面拔出的纤维比较短,并在纤维表面附着树脂。碳纤维本身的韧性较差,但与韧性的3233树脂粘接性较好,纤维被包裹在树脂里树脂和纤维的界面粘接性好。
图5 3233/G814NT复合材料断面照片
F ig.5 SE M i m age on the fract ure surface o f3233/G814NT
co m pos i te
图6 3233/G814NT复合材料断面照片
F ig.6 SE M i m age on the fract ure surface o f3233/G814NT
co m pos i te 3 结 论
(1)通过粘度-温度关系、凝胶时间-温度关系和DSC分析确定了3233树脂的固化工艺。3233树脂体系的固化工艺为:起始至110 加压,由室温升温至125 5 ;在125 5 下保温90m i n。
(2)3233树脂预浸料的加压范围宽,工艺适应性强度,固化工艺简单,固化温度低,时间短,能够较低的成本制备复合材料制件。
(3)预浸料层压板性能受预浸料制备方法的影响,热熔法预浸料湿热性能高于溶液法预浸料性能,并上下板的滚筒剥离强度性能差距比溶液法的小。
(4)扫描电镜结果表明,3233/G814NT复合材料层压板的断面粘接情况良好。
参考文献:
[1]毕春华,甘常林,赵世琦.环氧树脂固化促进剂作用特性
研究[J].热固性树脂,1996(2):34-37.
[2]孙磊,梁志杰,原津萍.一种中温固化高强度环氧胶粘剂
的研制[J].粘接,2003,24(5):19-21.
[3]亢雅君,殷立新.环氧树脂中温固化促进剂评述[J].热
固性树脂,1995,第2期:47-51.
[4]李志君,李学成.中温固化环氧树脂复合材料基体的研
究[J].热固性树脂,1997(1):25-28.
[5]乌云其其格 中温固化阻燃环氧树脂/芳纶复合材料的
研究[J].工程塑料应用,2003,11:5-7.
[6]刘东勋,预浸方法和环境对3234树脂复合材料耐湿热
性能的影响[A].第十三届全国复合材料学术会议论文集[C] 2004,1021-1025.
St udy on Processability Properties of Resi n/Carbon Clot h
Co m posite Curi ng atM oderate Te m perat ure
W u Yun-qiqi g e, LI A O Z-i long
(Be iji ng Instit ute o f A eronau tica lM a terials,B eiji ng100095,China)
Abstrac t:It has been reported i n th i s paper tha t t he cur i ng process pa rame ters o f the resi n were dete r m ined by the m e t hods o f the curv es o f v i scosity-te m pera t ure and gel ti m e-temperature as w ellDSC o f the resi n.T he m echan i ca l properti es o f the co m po sitesm ade of the prepregs i m pregnated i n bo t h so l vent and hot-m elt me t hods w ere compared.T he results show ed that the hot-w et env iron m ents-re-si stance o f the letter w as bette r t han t he for m er.T he analysis of t he SE M on t he frac t ure surfaces o f co m posite showed t hat bondi ng be-t ween the fi ber and resin o f co m po site w as good.
K ey word s:resin;co m pos ite;property;carbon c l oth
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树脂基复合材料复习要点
1.功能复合材料主要由功能体和基体组成，或由两种(或两种以上)的功能体组成。 2.材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特征，可分为线性效应和非线性效应。 3.燃烧过程，大致分为五个不同的阶段：（1）加热阶段；（2）降解阶段；(3)分解阶段；（4）点燃阶段；（5）燃烧阶段。 4.氧指数（OI)愈高，表示燃烧愈难。当OI<22时，为易燃性塑料；当OI在22—27之间时，为自熄性塑料；当OI > 27时，为难燃塑料 5.在美国UL-94防火标准中，塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-O逐级递增。 6.阻燃机理有多种：保护膜机理、不燃性气体机理、冷却机理、终止链锁反应机理、协同作用体系。 7.非金属材料的腐蚀类型按腐蚀机理分类①物理腐蚀②化学腐蚀③大气老化④环境应力开裂 8.为了弄清材料的腐蚀机理，进一步对其寿命进行预测，对其进行的实验以试验场所划分，可分为现场试验及实验里试验。 9.摩阻复合材料一般由增强体、摩擦功能调节体与基体等构成，各组分在摩擦材料中的作用是不同的。 10.列举三种常见的水溶性高分子聚合物：聚乙二醇、聚乙吡咯烷酮、聚乙烯。 11.防辐射服是利用服饰内金属纤维构成的环路产生感生电流，有感生电流产生反向电磁场进行屏蔽。 12.吸波材料之所以能够吸收进入材料内部的电磁波主要是由于电磁波在材料内部产生电损耗或磁损耗而使电磁波的电磁性能转化为其他形式的能量散失掉，从而达到减少反射的目的。 13.电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化、磁性介质在交变磁场的作用下产生能量损耗的机制有：①磁滞损耗②涡流损耗③剩磁效应④磁共振。 14.密封材料的耐磨性通常以磨损率的倒数来表示。 15.影响玻璃钢透光率的主要因素：玻璃纤维和粘结剂的折射指数；玻璃纤维和粘结剂的光吸收系数；玻璃纤维的直径及其在玻璃钢中的体积含量。 16.阻尼特性可以通过对数衰减率δ与阻尼因子η两种方式来描述。 17.复合材料用于装甲防护主要有两种形式，即单纯的纤维织物和复合材料层合板。 18.防弹复合材料所用的纤维通常为玻璃纤维、尼龙纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维，最近开发出具有目前最高强度的聚苯并噁唑（PBO）纤维。 19.理想的树脂基体应具有耐高温、高韧性、高强度、低模量等性能，以及低成本。常用的树脂基体有：( )、( )、低密度聚乙烯、交联聚异戊二烯、聚丙烯等。 20.抗辐射聚合物基体一般在分子主链上具有多重环，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚砜、聚醚醚酮树脂等均具有良好的耐辐射性。 21.功能复合材料：除力以外而提供其它物理性能的复合材料即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能以及摩擦、阻尼等性能。 22.高分子纳米复合材料：是由各种纳米单元和高分子复合而成的一种新型复合材料，其中纳米单元按化学成分分为金属陶瓷高分子和无机非金属。 23.燃烧氧指数：指试样像蜡烛状持续燃烧时，在氮-氧混合气流中所必须的最低氧含量。
先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用
军民两用技术与产品2010·1 先进纤维增强树脂基复合材料 在航空航天工业中的应用 航天材料及工艺研究所 赵云峰 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!" 一、引 言 随着航空航天工业的发展，先进飞机、运载火箭和导弹、卫星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工艺的广泛应用。先进复合材料是航空航天高技术产品的重要组成部分，它能有效降低飞机、运载火箭、导弹和卫星的结构重量，增加有效载荷和射程，降低成本。国外各类航空航天器结构已经广泛采用了先进的纤维增强树脂基复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强环氧树脂复合材料。目前，先进复合材料已经取代了铝合金，成为现代大型飞机的首要结构材料。 二、先进纤维增强树脂 基复合材料的特点 先进纤维增强树脂基复合材料由高性能增强纤维和基体树脂按一定的工艺方法复合而成。与其它材料相比，具备如下特点： （1）与金属材料相比，复合材料具有高的比强度和比模量，可以大幅减轻结构重量； （2）各向异性，具有良好的可设计性，可以充分发挥增强纤维的性能； （3）具有优异的耐疲劳、耐腐蚀和抗振动等特性； （4）成型工艺性好，易于制造一次整体成型复杂零件。 表1列出了几类典型的树脂基复合材料和金属材料的性能。 三、先进纤维增强树脂基复合材料在航天产品上的典型应用 欧洲的“阿里安4”运载火箭采用了大量的碳纤维增强环氧树脂复合材料。卫星发射支架，仪器舱，大型整流罩，第一、二级之间的分离壳，助推器前锥和第二、三级级间段均采用碳纤维增强环氧树脂复合材料制造而成。 “阿里安4”运载火箭卫星整流罩最大外径4米、长约12米。由端头、前锥段、圆柱段和倒锥几部分组成。端头为铝合金加强筋环结构。前锥段和圆柱段采用碳纤维面板/铝蜂窝夹层结构。“阿里安5”运载火箭大型卫星整流罩外径5.4米，同样采用碳纤维面板/铝蜂窝夹层结构。“阿里安4”运载火箭第二、三级碳/环氧级间段直径 2.6米、高度2.73米，采用8块曲型 壁板组成，两端框为铝合金材料，中间用5个铝合金环框加强。 先进复合材料结构件的使用，提高了卫星结构的效率，增加了卫星的有效载荷，加强了商业竞争能力。一些航天器结构所用的典型复合材料见表2。 四、高性能增强纤维 1 碳纤维 碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN ）、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的高强度、高模量、耐高温特种纤维。PAN 基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90%以上。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优异性能，是国防军事工业不可缺少的工程材料。 研究制备碳纤维的新技术，特别是低成本碳纤维制备技术是国外碳纤维研究的重点。制备碳纤维的新技术可归纳为研究发展廉价原丝、新的预氧化技术和新的碳化和石墨化技术三个方面。为了降低碳纤维的价格，研制低成本碳纤维，美国推出了低成本碳纤维研制计划，并已取得了一定的成果，建成了采用微波碳化的试验线，取得了良好效果，使制备碳纤维
树脂基复合材料的力学性能
树脂基复合材料的力学性能 力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外，纤维（粒子）的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。另一方面，也可以通过对单层的弹性常数（包括弹性模量和泊松比）进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。 2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知：单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的；凯芙拉（Kevlar）纤维的破坏模式是扭结；玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表
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、
航空航天先进复合材料
航空航天先进复合材料现状 2014-08-10 Lb23742 摘要:回顾了树脂基复合材料的发展史;综述了先进复合材料工业上通常使用环氧树脂的品种、性能和特性;复合材料使用的增强纤维;国防、军工及航空航天用树脂基复合材料;用于固体发动机壳体的树脂基体;用于固体发动机喷管的耐热树脂基体;火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体;树脂基结构复合材料;防弹结构复合材料;先进战斗机用复合材料;树脂基体;航天器用外热防护涂层材料;飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料;碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天中的其它应用;民用大飞机复合材料;国产大飞机的软肋还是技术问题;复合材料之惑。 关键词:树脂基体;复合材料;国防;军工;航空航天;结构复合材料 0 前言 复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。 环氧树脂是优良的反应固化型性树脂。在纤维增强复合材料领域中，环氧树脂大显身手。它与高性能纤维:PAN基碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玄武岩纤维、S或E玻璃纤维复合，便成为不可替代的重要的基体材料和结构材料，广泛运用在电子电力、航天航空、运动器材、建筑补强、压力管雄、化工防腐等六个领域。本文重点论述航空航天先进树脂基体复合材料的国内外现状及中国的技术软肋问题 1 树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)，是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国不科学地俗称为玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、
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、
树脂基复合材料研究进展
先进树脂基复合材料研究进展 摘要：本文介绍了颗粒增强、无机盐晶须增强、光固化等类型的树脂基复合材料，亦指出热固性、环氧树脂基复合材料，并简述了制备方法和新技术的应用。 关键词：树脂基复合材料，颗粒增强，无机盐晶须增强，光固化，制备方法，新技术ADVANCE THE RESEARCH OF POLYMER MATRIX COMPOSITES ABSTRACT: The particulate reinforced、inorganic salt whisker, light-cured of resin matrix composites were introduced in this paper,the thermosetting and thermoplastic resin matrix composites was also show in the paper.This paper also discussed the application of new preparation method and technology. Keywords: resin matrix composites,particulate reinforced,inorganic salt whisker, light-cured,preparation method,new technology 先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成，并具有明显优于原组分性能的一类新型材料。目前航空航天领域广泛应用的先进树脂基复合材料主要包括高性能连续纤维增强环氧、双马和聚酞亚胺基复合材料[1]。树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料[2]。用复合材料设计的航空结构可实现20％一30％的结构减重；复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性，能提高飞机结构的使用寿命，降低飞机结构的全寿命成本；复合材料结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本。可见复合材料的应用和发展是大幅提高飞机安全性、经济性等市场竞争指标的重要保证，复合材料的用量已成为衡量飞机先进性和市场竞争力的重要标志。 纤维增强树脂基复合材料是在树脂基体中嵌人高性能纤维，比如碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维等所制得的材料[3]。树脂基体可以分为热塑性树脂和热固性树脂两种，常用的热塑性树脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等;常用的热固性树脂有酚醛树脂、环氧树脂和聚醋树脂等。由于纤维增强复合材料具有高强度、高模量、低密度等一系列优良特性，其在航空航天、汽车、建筑、防护、运动器材和包装等领域已有广泛的应用。然而新材料新技术的发展使人们对纤维增强复合材料的性能有了更高的期望，所以高性能纤维增强树脂基复合材料依然是近年来的研究热点。 1 先进树脂基复合材料体系 1.1 纤维增强 纤维增强树脂基复合材料由纤维和树脂基体两部分组成，纤维起承担载荷的作用，树脂均匀传递应力，界面在应力传递的过程中起到关键的作用，是纤维与树脂问应力传递的纽带．随着对复合材料界面性能研究的不断的深入，人们发现纤维的浸润性能、纤维与树脂间的键台及纤维与树脂间的机械嵌合作用等因素对复合材料的性能影响显著，并以此设计出一系列提高界面粘接强度的方法，有效地提高了纤维复合材料的界面性能[4]． 1.1.1碳纤维(CF)增强树脂基复合材料 碳纤维以热碳化方式由聚丙烯睛、沥青或粘胶加工而成，具有高强度、高模量、优异的耐酸碱性和抗蠕变性[4J。对碳纤维增强树脂基复合材料的研究主要集中在对纤维进行改性、对树脂基体进行改性和改善纤维和树脂基体的粘接性能这几个方面。 1.1.2超高强度聚乙烯纤维(uHMPE)， 超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是1975年由荷兰DSM公司采用凝胶纺丝一超拉伸技术研制成功并实现工业化生产的高强高模纤维。UHMWPE纤维中大分子具有很高的取向度和结晶程度，纤维大分子几乎处于完全伸直的状态，赋予最终纤维高强度、高模量、低密度、耐酸碱
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
树脂基复合材料的发展史
树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。 第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。 1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。 60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。 1961年片状模塑料（Sheet Molding Compound, 简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。 1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期实现了连续化生产，在70年代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。除圆棒状制品外，还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。目前拉挤工艺生产的制品断面可达76cm×20cm。 在70年代树脂反应注射成型（Reaction Injection Molding, 简称RIM）和增强树脂反应注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM）两种
树脂的力学性能
力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外，纤维（粒子）的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。另一方面，也可以通过对单层的弹性常数（包括弹性模量和泊松比）进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。
2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知：单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的；凯芙拉（Kevlar）纤维的破坏模式是扭结；玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表明，横向压缩强度是横向拉伸强度的4～7倍。横向拉伸的破坏模式是基体和界面破坏，也可能伴随有纤维横向拉裂；横向压缩的破坏是因基体破坏所致，大体沿45°斜面剪坏，有时伴随界面破坏和纤维压碎。单向树脂基复合材料的面内剪切破坏是由基体和界面剪切所致，这些强度数值的估算都需依靠实验。 杂乱短纤维增强树脂基复合材料尽管不具备单向树脂基复合材料轴向上的高强度，但在横向拉、压性能方面要比单向树脂基复合材
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 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。
金属基、陶瓷基、树脂基复合材料性能对比
复合材料学作业—— 不同基体的复合材料性能对比 姓名： 学院：材料学院 班级：0919001 学号：1091900101 2012年3月18日
不同基体的复合材料性能对比 摘要：本文主要介绍了不同基体的复合材料（金属基、陶瓷基、树脂基）之间的性能对比，以及它们的应用。 关键词：复合材料，金属基，陶瓷基，树脂基，性能对比 正文：复合材料按基体分，可以分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料。下面将对这三种基体的复合材料各举一例进行性能、成型工艺及应用上的对比。分别是碳化钛增强基复合材料、(C/SiC)陶瓷基复合材料、环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)树脂基复合材料。 一、性能对比 碳化钛增强铝基复合材料：新型的优质耐磨、耐热材料，具有优良的综合性能。室温力学性能：抗拉强度σ_b=300-500MPa;屈服强度σ=250-400MPa;延伸率δ=5-15% ;硬度HB80-HB160。抗磨损性能：该种材料在性能上最突出的优势是抗磨损。在等同条件下,复合材料的抗磨损性能比铜基耐磨合金高5-10倍。密度(比重)ρ=2.8g/cm^3,是铜(ρ=8.9)的三分之一。摩擦系数：在油润滑条件下,摩擦系数(摩擦副为中碳钢) 和铜合金相仿;膨胀系数：2.2×10^(-6)/℃,略大于铜基耐磨合金(2.0×0^(-6)/℃)。 (C/SiC)陶瓷基复合材料：具有高比强、高比模、耐高温、抗烧蚀、抗氧化和低密度等特点，其密度为2～2.5 g/cm3，仅是高温合金和铌合金的1/3～1/4，钨合金的1/9～1/10。碳纤维增韧碳化硅(C/SiC)的应用可覆盖瞬时寿命(数十秒～数百秒)、有限寿命(数十分钟～数十小时)和长寿命(数百小时～上千小时)3类服役环境的需求。用于瞬时寿命的固体火箭发动机，C/SiC的使用温度可达2 800～3 000 ℃；用于有限寿命的液体火箭发动机，C/SiC的使用温度可达2 000～2 200 ℃；用于长寿命航空发动机，C/SiC的使用温度为1 650℃。 EP/CF复合材料：材料特性主要取决于CF、EP及EP与CF之间的粘结特性。EP/CF 复合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8～7.2倍，比模量为钢的3.1～4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，工作温度达400℃时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。 二、成型工艺对比 碳化钛增强铝基复合材料：原位自生法，成型工艺简单。 (C/SiC)陶瓷基复合材料：制造方法有反应烧结(RB)，热压烧结(HP)，前驱体浸渍热解(PIP)，反应性熔体渗透(RMI)以及CVI，CVI－PIP，CVI－RMI和PIP－HP等。 EP/CF陶瓷基复合材料：成型方法多种多样，主要有：手糊成型、树脂传递成型、真空袋法成型、树脂膜熔浸成型、预浸料成型、低温固化预浸料成型、拉挤成型。 三、应用对比 碳化钛增强铝基复合材料：可以替代铜基耐磨合金作为机械、汽车等工业产品或设备中的轴瓦、衬套、汽车变速器同步环等零件的原材料,从而提高零件的使用寿命,低零件的成
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
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料 编辑本段概况 在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，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。 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。 编辑本段用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。