碳纤维增强树脂基复合材料.ppt

碳纤维增强树脂基复合材料研究进展,碳纤维增强树脂基复合材料,目录,树脂基复合材料的发展历史碳纤维增强树脂基复合材料简介性能研究增强机理成型工艺发展与应用,树脂基复合材料的发展历史,复合材料：基体+增强体,碳纤维增强树脂基复合材料：树脂基体+碳纤维（CFRP),碳纤维增强树脂基复合材料简介,1.基体通过与纤维间的界面以剪应力的形式向纤维传递载荷。2.保护纤维材料免受外界环境的化学作用和物理损伤。3.阻止纤维断裂的裂纹传递。,树脂基体：,碳纤维：,复合材料的承载主体,碳纤维增强树脂基复合材料简介碳纤维,复合材料中的碳纤维分为两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，通过碳化工艺制备，使纤维中的氢、氧等元素得以排出，含碳量一般都在90%以上。碳纤维是一种一种轻质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维材料。,增强体纤维可分为金属纤维，陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维和有机纤维，其中目前用得最多的和最重要的是碳纤维。,碳纤维增强树脂基复合材料简介碳纤维,碳纤维的特点：拉伸强度和拉伸模量高，密度低、比模量高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性好良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。,碳纤维增强树脂基复合材料简介树脂基体,碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂：热塑性树脂基体（乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等）热固性树脂基体（环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等）,环氧树脂基体：粘附力强、收缩性低、化学稳定性、价格较低，但韧性不足，耐湿热性差。,碳纤维增强树脂基复合材料简介树脂基体,1）新型高温型树脂基体，使用温度在300以上；2）高韧性的树脂基体，如冲击后压缩强度（CAI）300MPa的树脂基体；3）适用于低成本的液体成型工艺（如RTM成型工艺）的树脂基体；4）能满足复合材料结构功能一体化的新型树脂基体，如具有透波和吸波功能的树脂基体。,目前发展高性能树脂基体主要方向是：,树脂基体的重要性能有：使用温度、强度、刚度、耐疲劳性、韧性和耐湿热老化等。,1）比强度和比模量高2）材料性能的可剪裁性3）成型工艺的多选择性4）良好的耐疲劳性能5）良好的抗腐蚀性,碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究,通过设计增强纤维的取向及用量来对结构材料的性能实行剪裁,热压罐、模压、纤维缠绕、树脂传递模塑（RTM）、拉挤、注射、喷塑、搓管等,钢和铝的疲劳强度是静力强度的50%，CFRP可达90%,表面为高性能的环氧树脂或其他树脂塑料,增强机理,当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材料的断裂强度提高。复合增强的另一原因是基体抑制裂纹的效应，当材料受到较大应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂，但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂纹扩展方向。,成型技术,液体模塑成型技术（LCM）,树脂传递模塑（RTM）,真空辅助树脂传递模塑（VARTM）,树脂渗透成型工艺（SCRIMP）,结构反应注射模塑,在一定的温度和压力下，把黏度低的树脂注入置有增强纤维坯的模具中，然后加热并固化成型,其他低成本成型技术还包括纤维缠绕、拉挤等,成型技术,树脂传递模塑（RTM）特点：具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点，是目前国际上发展应用最快并在航空工业应用最多的低成本技术之一。,发展与应用,高性能环氧复合材料已广泛应用在各种飞机上，其发展可分为三个阶段：,第一阶段：应用于受力不大的构件，如各类操作面、副翼、口盖、阻力板等。,第二阶段应：应用于承力大的结构件，如安定面、全动平尾和主受力结构机翼等。,第三阶段：应用于复杂受力结构，如机身、中央翼盒等。,发展与应用航空航天上的应用,航天应用：1.军机应用2.民机应用,发展与应用航空航天上的应用,航空应用1.卫星及空间站的结构材料和部件2.导弹用结构材料3.运载火箭用结构材料,发展与应用在能源、汽车及其他工业部门的应用,对于未来的汽车工业，碳纤维复合材料将成为