碳纤维增强树脂基复合材料

成型技术
结构反应注射模塑 真空辅助树脂传递模塑（VARTM） 液体模塑成型技术（LCM）
树脂渗透成型工艺（SCRIMP） 树脂传递模塑（RTM）
其他低成本成型 技术还包括 纤维缠绕、拉挤 等
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
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。
树脂基复 合材料
碳纤维增强树 脂基复合材料
炭基复合 材料
航空复 合材料
金属基复 合材料
陶瓷基复
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
20世纪 30~70年代
• 玻璃纤维增强树脂在成型工艺和成型技术方面飞速发展
• 碳纤维、碳化硅纤维等高性能增强材料的出现，并使用高性能 20世纪70年 代 • 美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机 -- 里尔芳 70年代~现 在 2100号；采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机； 波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构 树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料ACM
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。
能的树脂基体。
碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究
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 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%
碳纤维增强树脂基复合材料简介
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)
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。 树脂基体： 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。
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
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）
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。 直径范围在 6~8微米内
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。
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汽车 制造的主流材料。将在汽车发动机汽缸，机械驱动轴， 车体板和其他部件得到发展和应用。 同时也能在，在基建、兵器、医疗器械、体育休闲 用品等领域都存在巨大的市场潜力。
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
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。
目前发展高性能树脂基体主要方向是： 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）＞300 MPa 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
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：
第二阶段应：
第三阶段：
应用于受力不大的 应用于承力大的结 应用于复杂受力结 构件，如各类操作 构件，如安定面、 构，如机身、中央 面、副翼、口盖、 全动平尾和主受力 翼盒等。 阻力板等。 结构机翼等。
发展与应用——航空航天上的应用
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