碳纤维复合材料

1、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

2、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、

3、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300400m 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

4、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。碳纤维增强尼龙资料这些年开展很快，由于尼龙和碳纤维都是各自范畴功能优秀的资料，其复合资料归纳表现了二者的优越性，强度与刚性比未增强的尼龙高许多，高温蠕变小，热稳定性明显进步，尺度精度好，耐磨，阻尼性优秀，与玻纤增强尼龙比较有非常好的归纳功能，如表所 示。1.6%、 1.5%;线胀系数用活动方向/笔直方向表明。复合资料的力学功能主要与根底树脂、增强纤维性质、纤维与树脂界面的联系程度、成 型挤出技术、增强纤维的长

5、度及散布状况有关。要想得到高强度的碳纤维增强PA66 ,应尽量使碳纤维坚持较大的长径比，在螺杆组合妥当的情况下，确保碳纤维必定的长度是有能够的，通常长度散布在 0.2.30mm 最大长度在 0.5mm。碳纤维增强尼龙与玻璃纤维增强尼龙有很大区别。碳纤维不耐剪切，在螺杆组合规划上 要确保剪切力恰当， 使纤维长度在需求的尺度范围内。在熔融区要确保尼龙充沛熔融，在捏合区要恰当削减捏合元件，以确保碳纤维有必定的长度，才干发生较好的增强效果。在双螺杆挤出中，在确保碳纤维在尼龙基体中涣散杰出的前提下，应尽能够确保碳纤维有较大的长径比，以最大极限地发扬碳纤维的增强效果。碳纤维是归纳功能很全部的资料之一，其报

6、价也较为贵重。运用碳纤维增强尼龙，在进 步尼龙的多项功能的一起，也使得制成品的本钱及加工难度相应进步。因而在满意运用条件及规划余量的情况下，碳纤维有一经济参加量。经过试验，发现碳纤维参加量与制成的复合资料力学功能之间存在着图所示的半定量联系环氧树脂/碳纤纤维复合材料的成型工艺环氧树脂（EP） /碳纤维（CF）复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来， 随着人们对EP/CF复合材料言听计从的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用是不 是 不断上升。20世纪70年代以前，EP/CF复合材料被视为昂贵的材料，价格约为玻璃纤 维（CF）增强复合材料的10倍，只用于军工、宇航等尖端技术行业。2

7、0世纪80年代以后， CF工业和EP工业迅速发展，EP/CF复合技术不断进步，加入到 EP中的CF比例不断上 升，目前CF的体积分数已可达 60%以上，使EP/CF复合材料的质量提高而价格下降，拓 宽了其应用领域，进一步促进了EP/CF复合材料的发展。1 CF及其EP复合材料的基本特点1 . 1CF的特点和基本成分CF主要由碳元素组成，其含碳量一般在 90%以上。CP具有耐高温，耐摩擦、导电、导 热及耐腐蚀等特性，与一般碳素材料不同的是， 其各向异性显著，柔软，可加工成各种织物， 沉纤维轴向表现出很高的强度，制备 CF的主要原材料有人造毕（粘胶纤维）、聚丙烯睛（PAN ）纤维和沥青等。通常制备

8、高强度、高模量 CF多先用PAN为原料。制备 CF需经 过拉丝，牵伸、稳定、炭化、石墨化 5个阶段碳纤维复合材料优势1、高强度（是钢铁的5倍）2、出色的耐热性（可以耐受2000 C以上的高温）3、出色的抗热冲击性4、低热膨胀系数（变形量小）5、热容量小（节能）6、比重小（钢的1/5）7、优秀的抗腐蚀与辐射性能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79倍，抗拉弹性模量为 2300043000Mpa 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

9、为 59Mpa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。增强尼龙PA66性能增强PA66-流动性的改善降低了 PA66等热塑性材料的加工时间、成本及能 源消耗。在其它所有性能相近的情况下，拥有良好流动性的材料在注塑成型中比 低流动性的常规材料更受青睐。高流动性意味着注塑或填充压力更低，所需合模力也更低。因此，加工者可以选择更小型的设备生产部件。众所周知，一台注塑 成型设备越大，运营成本也就越高；因此，高流动性材料可以为厂商创造更高价 值。更优异的流动性也意味着注塑温度更低。这可以带来两个好处：加工周期缩短使生产率提高，以及注塑成型能耗降低。由于高流动性PA66具备更优异的流动性，基本可以实现长流

10、径。制模难度随之降低，注点数量相应减少，从而可以使用更少的昂贵的热流道喷嘴。巴斯夫测试结果表明用高流动性的生产部件所需 加工温度更低，降温脱模更快，从而更快地从模具中取出部件。 这使加工周期缩 短了近30%如果加工者使用高流动性材料，就可以降低加工温度，同时更早的 改铸部件，一举两得，这样既节约了能源，又提高了生产效率。高能源效率特别 适合对加工周期有更高要求的后整理工序。增强PA66-聚酰胺PA66材料在制成后会完全变干。如暴露在潮湿空气中或浸泡 在水中，这些模制品会吸水，具吸水速度取决于其所处的具体条件。在加速条件 下，如调湿处理时，它们可在极短的时间内吸收一定数量的水分， 从而改善模制

11、品的各种特性，如抗冲强度等。聚酰胺 6、聚酰胺66及共聚酰胺66/6的吸水量 相对较大，因此必须进行调湿处理。但调湿处理对新制注塑PA66部件几乎没有作用，因此无需进行。此时，除需要满足特定的尺寸规格等例外情况外，调节处 理没有任何意义。对干的PA66部件进行调湿处理旨在使其尽快吸水。标准操作 是在标准实验室环境（23C/相对湿度50%下，将部件的水分含量调节处理至 平衡值。也可在其他气候条件（给定温度和相对湿度）下将部件的水分含量调节 处理至平衡值。除非部件始终浸泡在水中，水分含量将无法达到最大值。但在操 作实践中，只有在23C/相对湿度50烁件下的水分含量平衡值才具有实际意义。 吸水使干的

12、聚酰胺部件的特性和尺寸变化增大。如在使用条件下发生吸水，对于 很多应用来说，变化都可能产生负面影响。因此，使用中将经受高弹性形变及高 冲击荷载。增强PA66-在正常条件下，PA66部件会从空气中极其缓慢地吸收水分，尤其是 当其具有厚壁时。因此，如不进行调湿处理，其在经历一段非常漫长的时间后， 才能达到水分含量平衡值，最终的尺寸在这之后方能固定下来。另一方面，如果 要对部件进行调湿处理，如保存在潮湿空间（40C/相对湿度90%或浸泡在水 中（40C）,则可在短时间内达到水分含量的平衡值，由于调湿处理涉及一定的 费用，只有当从一开始就必须确保聚酰胺的高刚性或尺寸稳定性时，调湿处理才是必要的。这一点

13、也同样适用于玻璃强化级产品。另一个进行调湿处理的原因， 是很多PA66工程部件在尺寸、强度和刚性上都规定要求窄的公差。从而势必要 求部件的水分含量，必须与预期使用时的气候条件下的平衡状态严格一致，可通 过向非强化级产品中加入一定数量的玻璃纤维， 获得具有特定的水分含量的增强 级产品。例如，加入30%勺玻璃纤维后，增强级产品所含的水分仅为原非增强级产品的70%而含25%璃纤维的增强级产品，其水分则为非增强材料的75%增强PA66-水分在PA66中的扩散速度随温度降低而迅速降低。因而，即使环境 湿度低，已吸收水分的释放速度仍然非常缓慢。这就是为什么PA66塑料在寒冷的气候下，即使在室外，仍能保持其刚性。水的增塑作用提高了聚酰胺的抗冲强 度，并使其即使在温度为零下时依旧保持有效。通常，聚酰胺中吸收的水分