【《碳纤维复合材料轻量化应用概述》2200字】

第PAGE第1页碳纤维复合材料轻量化应用概述目录TOC\o"1-3"\h\u24357碳纤维复合材料轻量化应用概述 1120531.1碳纤维复合材料产品的特点 146071.2碳纤维复合材料的复合特性 2174731.3碳纤维复合材料缠绕工艺介绍 2碳纤维增强树脂基复合材料是一种新型材料，相对有传统结构材料，它具有质量轻，抗拉强度大等特点，这种特点增加它在航空航天，船舶制造，新能源汽车和铁路运输等领域表现较好。越来越多的生产制造与应用，使得碳纤维技术的趋向成熟，它的价格也逐渐满足工业市场的需求。1.1碳纤维复合材料产品的特点在树脂基中加入碳纤维材料后，会得到新的复合材料（碳纤维增强复合材料），在合成之后，其各个性能或是结构都能有所增强。相比于以往使用的材料，其优点如下：（1）比传统材料更具可设计性：结构的可设计性极强，这是其最突出的特性。除此之外，其可设计的形状与性能也是非常丰富。能做到因人而异的设计效果。从而在最大程度上，利用好碳纤维增强复合材料来满足使用者目的，进而达到工业领域的运行标准。（2）比传统材料更具材料与结构的整体性：在其成型过程后，合成复合材料与结构成为设计形状两个过程同时完成。人们利用这个特性来大量减少结构零部件与连接件的数目。（3）比传统材料更具优越性：传统材料都有其本身的固定的材料性能，而不同的复合材料经过不同的合成方法后，却可以得到各式各样独特的材料属性。1.2碳纤维复合材料的复合特性碳纤维树脂增强材料，它是由树脂和碳纤维混合而成，复合的好坏直接影响着材料的宏观力学性能。在制备中，加工工艺较为灵活，并且具有很强的设计性。材料加工和成型可在一套模具中完成，减少了操作难度，节省了加工时间，使得好刀用在刀刃上，尽可能的最大利用好其性能优势。另外，碳纤维种类的不同排布也会使碳纤维材料的性能显现出不同的差异。如果想增强材料的塑性，刚度，抗拉强度，可以设计不同排布不同种类的碳纤维材料来实现。碳纤维增强塑料型产品独特的属性体现在：（1）树脂与碳纤维的匹配：此两原材料的结合的紧密程度对产品质量起到决定性作用。（2）树脂量：由于基体在材料构建过程中能够将应力分散，所以其含量大小与复合材料断裂程度紧密相关。（3）固化的温度：树脂基体大部分都是具有热固化属性的，因此降低对于制造过程对于温度的限制，即降低了成型难度，既保证了产品成型率也确保了层合板材均匀的性能。由此，碳纤维增强塑料复合材料的相关特点与加工过程的因素息息相关，其展现出来的力学性能，也会因为虽不繁琐的加工过程中细微的参数变化而使成型质量有不确定性。所以本论文着重研究设定参数与环境在理想状态下的工艺与材料管材没有瑕疵的情况下，在不同的铺层条件下，碳纤维增强塑料复合材料的力学性能。1.3碳纤维复合材料缠绕工艺介绍低碳钢27MnSi发生屈服的屈服极限与弹性等材料性能比较一般，以它制成的矿用单体液压支柱，其柱体的在静载荷作用下的强度，疲劳性能也就相对一般。低碳钢27MnSi为流体疏水性材料，如果在其外部加上一层弹性模量以及承载极限远超大部分金属材料的碳纤维复合材料。两种材料合一的柱体的中心轴方向、径向的屈服强度,以及反复加载的疲劳性能都有很大的提升。远远超出了液压支撑柱工作时所需的两个要求，超过60KN的初撑力以及超过35MPa的径向破坏强度。所以，通过将碳纤维缠绕在低碳钢27MnSi内衬的外表面，这种增强方式，大大降低了整体的重量，极为有效的完成液压支撑柱轻量化的目标。随着技术日新月异的发展，碳纤维缠绕成型工艺也在飞速发展，其技术水平有了显著的提高，其成型后的柱体相比之前可以变得更轻，强度更高，更经济安全。碳纤维缠绕成型根据原材料的分子机理状态分为干、湿、半干缠绕三种模式，其原理主要为通过特定的方式将浸透树脂液的连续纤维材料在芯模外部蝉联在一起，再经由外部手段使液态变为固态，分离芯模与纤维的结合，得到成品。需要注意的是，三种工艺各自有不同的特点：（1）干缠绕：运用缠绕机通过预先浸透过的制造专业性强的纱布或者纱带（树脂含量百分比在2％下），经热处理液化后粘结到芯模表面，用此种方法由于缠绕速度快，而且整齐简介，所以生产效率很高，并且由于周围环境条件干净，所以可以有效地达到产品质量规划的目标。不过由于此方法对于设备要求较高，所以在对缠绕设备与制造纱的机器的投资成本上会很大，另外还需要注意此类产品的剪切强度会偏低与正常比。图1.3.1碳纤维干缠绕成型示意图（2）湿缠绕：将纤维以束状集合浸透，利用张力连结在芯模上，相对的其对于干缠绕就有成本低，高经济效益的优点。此外，产品还具有①气密性好②纤维排列整齐，平行度优良⑤纤维磨损小⑥生产效率高的优点。而其缺点主要是由于操作环境比较恶劣，所以对于树脂的含量不容易调节且品种少，容易导致树脂的浪费图1.3.2碳纤维湿缠绕成型示意图（3）半干缠绕：浸透树胶的过程与前面是一样的，而在中间过程到与芯模结合之间需要配套附加的烘干机器，剔除纱中的溶剂；与干缠绕对比，减少了预浸透树胶的准备；而与湿缠绕相比，能使产品产生较少的气泡。图1.3.3碳纤维半干缠绕成型示意图图1.3.4三种缠绕工艺对比图碳纤维材料本身强度与其缠绕在内衬的工艺，极大影响着支撑柱关于径向所受的破坏力。低碳钢27MnSi做内衬，通过选择并使用碳纤维湿缠绕工艺。如果没有选择好碳