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碳纤维和碳纤维复合材料 功能材料1401孙朋亮 1 2 碳纤维与碳纤维复合材料 我们通常所说的碳纤维是一个模糊的总称 不同种类碳纤维的性能其实千差万别 要注意 我们所说的 碳纤维 其实是 碳纤维增强复合材料 的简称和俗称 与真正的 碳纤维 是有区别的 简单理解 真正的 碳纤维 就像是一根一根的毛线 而我们通常所说的 碳纤维 则是这些毛线织成的各种毛衣 围巾 手套等等 3 所谓的碳纤维增强复合材料 其实就是用很多碳纤维 按照一定的方向排布 然后用树脂或者其它黏合材料紧密的连接成一体 如图所示 这一根一根的圆柱体就是碳的纤维 而这些圆柱体被中间填充的树脂填充在一起 这些纤维的分布密度直接影响最终的材料性能 正因为这样 我们可以通过调整纤维体积比 来控制碳纤维材料的最终性能 简单说 4 纤维越密 单位体积内的纤维越多 沿纤维方向的强度就越高 反之 纤维越疏 单位体积内的纤维越少 最终碳纤维材料的强度也就越低 纤维和树脂共同组成的 纤维复合材料 其工程性能不仅仅取决于单根纤维的性能 还受树脂性能和纤维密度的影响 更受纤维方向的影响 也就是说 最终碳纤维材料的性能 其实是纤维性能和填充树脂性能的加权平均 5 对于工程中使用的碳纤维来说 纤维的排布既可以是单一方向的 也可以是多方向交叉叠加的 其中最常用的当然是多方向交叉的 这也就是我们常见的那种碳纤维的外观 6 比如这就是单一方向的 7 这个就是多方向交叉的 我们常见的碳纤维的外观就是这种双向交叉的纹理 原始的碳纤维材料就是这样的 其实更像布料 可以弯折 可以卷成一卷 8 9 碳纤维编织 编织是一种基本的纺织工艺 能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体 这种工艺通常能够制造出复杂形状的预成形体 但其尺寸受设备和纱线尺寸的限制 该工艺技术一般分为两类 一类的二维编织工艺 另一类是三维编织工艺 10 传统的二维编织工艺能用于制造复杂的管状 凹陷或平面零件的预成形体 它与其它纺织技术相比成本相对较低 它的研究主要集中在研发自动化编织机来减少生产成本和扩大应用范围 它的关键技术包括质量控制 纤维方向和分布 芯轴设计等 三维编织复合材料是近二十年来诞生的一种新型复合材料 它以三维整体织物为增强体 其优良的结构性显著改善了复合材料多方面的力学特性 从根本上克服了传统层合板层间剪切强度低
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