碳纤维复合材料要点 共43页共43页文档
碳纤维及其复合材料PPT课件
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用碳纤维制成的树脂基复合材料比模量比钢和铝合金高5倍，比强度高3倍以 上； 同时耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀性能均优越
石墨层片的缺陷 及边缘碳原子
基本结构单元
石墨微晶
原纤维构成碳纤维单丝
二级结构单元
碳纤维的三级结构单元
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石墨微晶在整个纤维中的分布是不均匀的，碳纤维由表皮层和 芯子两部分组成，中间是连续的过渡区。 皮层的微晶较大，排列较整齐有序，占直径的14％，芯子占39 ％，由皮层到芯子，微晶减小，排列逐渐紊乱，结构不均匀性愈 来愈显著。
美国的碳纤维主要用于航空航天领域，欧洲在航空航天、体育用品和工业方 面的需求比较均衡，而日本则以体育器材为主。
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6.2 碳纤维的制备
很多纤维能用溶液纺丝或熔融纺丝来制作!!! 面条？？ 粉丝？？ 一些高分子丝？？
碳纤维能不能用这两种方式呢？？
在空气中在350℃以上的高温中就会氧化；在隔绝空气 的惰性气氛中，元素碳在高温下不会熔融，但在3800K以 上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺！！
碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。
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6.2 碳纤维的制备
在惰性气氛中将小分子有机物(如 烃或芳烃等）在高温下沉积成纤维。 此法用于制造晶须或短纤维，不能用 于制造长纤维。
将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维， 然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化，使 有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳 为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤 维。
碳纤维加固材料
碳纤维加固材料碳纤维加固材料是一种新型的复合材料，由碳纤维和树脂基体组成。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、易加工等优点，被广泛应用于建筑结构、桥梁、道路、船舶、飞机等领域。
本文将就碳纤维加固材料的特点、应用、施工工艺等方面进行介绍。
碳纤维加固材料的特点。
首先，碳纤维加固材料具有极高的强度和刚度，比钢铁还要轻。
其拉伸强度是钢的几倍，可以有效提高结构的承载能力，延长使用寿命。
其次，碳纤维加固材料具有优异的耐腐蚀性能，不易受到化学腐蚀和电化学腐蚀的影响，适用于恶劣环境下的工程结构加固。
再次，碳纤维加固材料具有良好的疲劳性能和耐久性，能够有效延长结构的使用寿命，减少维护成本。
最后，碳纤维加固材料具有优良的抗震性能，能够有效提高结构的抗震能力，提高结构的安全性。
碳纤维加固材料的应用。
碳纤维加固材料在建筑结构、桥梁、道路、船舶、飞机等领域有着广泛的应用。
在建筑结构中，碳纤维加固材料可以用于加固梁、柱、板、墙等部位，提高结构的承载能力和抗震性能。
在桥梁和道路工程中，碳纤维加固材料可以用于加固桥梁、修补路面，延长桥梁和道路的使用寿命。
在船舶和飞机制造中，碳纤维加固材料可以用于制造船体、机翼等部件，减轻重量，提高速度和燃油效率。
碳纤维加固材料的施工工艺。
碳纤维加固材料的施工工艺主要包括表面处理、粘结层施工、碳纤维布铺贴、浸渍、固化等步骤。
在进行施工前，需要对结构表面进行清理、修补、打磨等处理，以保证粘结层的附着力。
然后在表面涂覆粘结层，将碳纤维布铺贴在需要加固的部位，并进行浸渍，使树脂充分渗透到碳纤维布中。
最后进行固化，使碳纤维加固材料与结构形成一体化。
总结。
碳纤维加固材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀、易加工等优点，被广泛应用于建筑结构、桥梁、道路、船舶、飞机等领域。
其施工工艺简单，可以有效提高结构的承载能力和抗震性能，延长使用寿命，减少维护成本。
因此，碳纤维加固材料在工程领域有着广阔的发展前景，将会成为未来工程结构加固的重要材料之一。
碳纤维复材 热处理
碳纤维复材热处理
碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体组成的高性能复合
材料。
热处理是指通过加热和控制温度来改变材料的结构和性能。
在碳纤维复合材料中，热处理可以对其性能产生重要影响。
首先，热处理可以改善碳纤维复合材料的硬度和强度。
通过加
热至一定温度，可以消除材料中的内部应力，提高其结晶度，从而
增加材料的硬度和强度。
这种热处理通常被称为热Aging处理。
其次，热处理可以改善碳纤维复合材料的耐热性能。
通过热处理，可以使树脂基体更加稳定，减少在高温下的软化和变形，提高
材料的耐热性能。
这对于碳纤维复合材料在高温环境下的应用具有
重要意义。
此外，热处理还可以改善碳纤维复合材料的耐腐蚀性能。
通过
热处理，可以改变材料的表面化学性质，减少对腐蚀介质的敏感性，提高材料的耐腐蚀性能。
总的来说，热处理对碳纤维复合材料的性能具有重要影响，可
以改善材料的硬度、强度、耐热性能和耐腐蚀性能。
然而，热处理
的参数和过程需要精确控制，以确保最终获得期望的性能提升。
因此，在实际应用中，需要根据具体材料和应用需求来设计和优化热处理工艺。
碳纤维复合材料层间附着力
碳纤维复合材料层间附着力
层间附着力的强度取决于多个因素，包括原材料的选择、加工工艺和界面处理等。
下面将从这些方面进行具体讨论。
首先，原材料的选择对层间附着力起到了重要作用。
在碳纤维复合材料中，树脂基体起到粘结纤维的作用，因此树脂的选择非常重要。
一般来说，使用具有良好粘结性能的树脂有利于提高层间附着力。
同时，纤维的选择也会影响层间附着力。
碳纤维具有高强度和低密度的特点，因此被广泛应用于复合材料中。
碳纤维的表面处理和功能化涂层等技术可以进一步提高其与树脂基体之间的附着力。
其次，加工工艺对层间附着力的影响也非常重要。
在制备碳纤维复合材料时，通常会采用层压或注塑等工艺。
层压工艺是将预先浸渍的碳纤维与树脂基体层层堆叠，然后通过热压或热固化等方式使其固化。
注塑工艺是在模具中注入树脂，将碳纤维纤维束置于树脂中，然后通过固化使其形成复合材料。
这些工艺在材料层间的粘结过程中起到了至关重要的作用。
适当的加工参数和工艺控制可以提高层间附着力。
此外，界面处理也是提高层间附着力的关键。
常见的界面处理方法包括机械增加剪切力、使用界面剂和聚合物浸渍等。
机械增加剪切力可以通过碳纤维预处理或增加特殊层以增加界面粘接效果。
界面剂可以增强界面的化学结合力和物理结合力，提高层间附着力。
聚合物浸渍可以通过在树脂基体表面形成粘结层来增加层间附着力。
复合材料力学讲义
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圆形截面纤维增强复合材料对E2的影响
上述分析基于纤维的横截面为方形或矩形时导出实际为圆形，对模型进行修正欧克尔采用了折算半径的概念，令R=df/sdf为圆截面纤维的直径，s为纤维的间距
折算半径实际上反映了纤维含量体积比Vf的影响
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圆形截面纤维增强复合材料对E2的影响
Ec = (0.4)(6.9x103 MPa) + (0.6)(72.4x103 MPa) = 46.2 x 103 MPa
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刚度的材料力学分析方法
串联模型
与试验值相比，较小，由于纤维随机排列，兼有串联和并联的成分
(iso-stress)
表观弹性模量E2的确定：
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引 言
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引 言
用实验方法系统测定各种复合材料的宏观弹性特性和微观力学性能的关系涉及参数太多，费用巨大复合材料性能不稳定和试验误差，使试验结果较为分散单用试验手段很难获得全面的、系统的和有良好规律的结果，需要有理论配合微观力学研究改进复合材料宏观特性减少试验工作量反向推算复合材料中纤维和基体的平均特性
In Borsic fiber-reinforced aluminum, the fibers are composed of a thick layer of boron deposited on a small – diameter tungsten filament.
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引 言
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引 言
简单层板假设宏观均匀线弹性宏观地正交各向异性无初应力纤维假设均匀性线弹性各向同性规则地排列完全成一直线
[正式版]碳纤维增强复合材料ppt资料
![[正式版]碳纤维增强复合材料ppt资料](https://img.taocdn.com/s3/m/f7b0d9e8cc17552706220839.png)
拉挤成型
拉挤成型是一种连续生产固定截面 型材的成型方法。主要过程是将浸有树 脂的纤维连续通过一定型面的加热口模， 挤出多余树脂，在牵引条件下进行固化。
性能对比
碳纤维力学性能
加工成型方法
• 喷射成型 • 注射成型 • 纤维缠绕成型 • 拉挤成型
喷射成型
喷射成型是通过喷枪将短切纤维和雾化树 、 、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料。
RIM的基本原理是将两种反应物(高活性的液状单体或齐聚物)精确计量，经高压碰撞混合后充入模内，混合物在模具型腔内迅速发生聚
出色的耐热性(可以耐受电2000力℃以是上的高国温) 家能源的重中之重，作为典型的 清洁能源，核电具有很多优势，实现核电清 高强度（是钢铁的5倍）
当前，汽车工业正面临资源和环境的严峻挑战，推进汽车轻量化以降低油耗，是汽车工业发展的主题。 另一方面．CFRP具有高的阻尼特性，可使击球时间延长,球被击得更远
拉挤成型的最大特点是连续成型， 制品长度不受限制，力学性能尤其是纵 向力学性能突出，结构效率高，制造成 本低，自动化程度高，制品性能稳定， 生产效率高， 原材料利用率高，不需要 辅助材料
碳纤维复合材料的应用
• 在体育方面的应用 • 在航天领域的应用 • 在石油开发中的应用 • 在核电站中的应用 • 在电动汽车上的应用
料不同的是，其外
形有显著的各向
异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现
出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强
碳纤维及其复合材料讲解
碳纤维及其复合材料讲解
Sony X505/sp 10.4寸 785g
➢三脚架（轻量化、耐疲劳、刚性、减震等应用）
富曼图055CX系列 采用最新碳纤维生产技术， 制成的100%纯碳纤圆形 脚管， 使脚架自重更轻， 提高稳定性及耐用度。
碳纤维及其复合材料讲解
其他方面的应用
土建：碳纤增强水泥、木材，各种桥梁管道、遂道等 化工：密封填料、保温材料，压力罐等 医疗：X射线透过性好，各种人体替换部件 其它：机器人臂 、复合电缆、以及各种重要的机械应
东丽 34.5%
三菱 18.9%
东邦 22.6%
碳纤维及其复合材料讲解
沥青基碳纤维
通过制备沥青纤维转化中间相沥青 后再碳化
具有高拉伸模量，但强度较低，成 本高
美国UCC公司生产世界上最好的沥 青基碳纤维，其中K1100X具有最高 模量（966GPa)有最好的热导率.
碳纤维及其复合材料讲解
粘胶基碳纤维
波音787 41段前机身加工由Ingersoll卧式AFP机床完成
碳纤维及其复合材料讲解
总结
➢ 碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度、高刚度、抗疲 劳和耐腐蚀等优异性能。为了解决全球气候变暖、温室气 体排放的环境问题,碳纤维复合材料在大型飞机、风力发电 叶片、汽车部件、石油开采抽油杆、电力输送电缆等领域 的应用将推动节能减排的实现。碳纤维复合材料的使用实 现了材料的轻量化,从而达到了节能减排的目的,碳纤维复合 材料在这些领域的实际应用代表了其技术的成熟度和水平。 随着国产化碳纤维制造关键技术的成熟,通过突破碳纤维复 合材料的低成本制造技术,实现国产碳纤维复合材料在节能 减排方面的应用是现实的。
碳纤维及其复合材料讲解
➢ 预浸布成型工艺
碳纤维及其复合材料要点
3.石油工业的应用
美国经过10 多年的努力, 于20 世纪90 年代初研制成功碳纤维复合材料连续抽油 杆， 试验结果表明： 碳纤维复合材料连续 抽油杆克服普通钢抽油杆质量大、耗能高、 失效频繁、活塞效应大、起下作业速度慢、 易偏磨的缺点，是一种很有发展前途的特 种抽油杆。深海油气田是碳纤维复合材料 发挥作用的重要领域。
五、结 语
碳纤维属高新技术、高附加值产品，具 有其他材料不可比拟的优异性能，具有广泛 的用途和良好的发展前景。碳纤维是一种可 以形成庞大产业带的基础产品，并随其成本 的降低而在金属、陶瓷、玻纤等材料的传统 应用领域得到广泛应用。同时因其高科技含 量，又可在一定时期形成相对垄断产品。
目前, 国内外学者对于碳纤维复合材料 的研究热点主要集中于复合材料的制备与工 艺优化以及复合材料及结构的损伤破坏和承 载能力分析等领域。另一方面研究开发有特 色的具有自主知识产权的低成本碳纤维生产 技术以及成型费用低的复合材料制造新工艺。 随着我国经济的持续快速发展，碳纤维的市 场需求与日俱增，发展我国的碳纤维工业具 有重大的现实意义和深远的历史意义。
4.汽车工业及体育用品中的应用 碳纤维扩大应用的最大希望在于在汽车工 业的应用。应用碳纤维复合材料生产汽车 零部件后，有望大幅降低车身重量。车辆 使用碳纤维，可以拥有更轻的重量、更好 的燃油经济性以及同样出色的安全性。碳 纤维复合材料在运动器材中也得到了广泛 应用。包括高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、 钓鱼竿、自行车架、冰球拍、船桨、赛艇 等，都已经形成了成熟的市场。
碳纤维复合材料（最终定稿）
碳纤维复合材料（最终定稿）第一篇：碳纤维复合材料碳纤维复合材料摘要:主要介绍了碳纤维复合材料的基本概述，并对它的一些结构性能、应用（主要在航空领域的应用）、发展，并分析了目前我国碳纤维复合材料的研究进展和应用前景。
关键字：碳纤维复合材料、碳纤维树脂基复合材料、碳／碳复合材料、结构性能、发展、航空领域。
1、引言碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。
碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。
碳纤维比重小，因此有很高的“比强度”。
碳纤维属于聚合物碳，是有机纤维经固相反应转变为纤维状的无机碳化合物。
碳纤维是一种新型非金属材料，它和它的复合材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能，碳纤维单独使用时主要是利用其耐热性、耐蚀性、导电性和其它性质。
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7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。
因此CFRP（即碳纤维复合材料）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钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
目前，碳纤维不仅广泛应用军事工业，而且在汽车构件、风力发电叶片、核电、油田钻探、体育用品、碳纤维复合芯电缆以及建筑补强材料领域也存在巨大应用空间，而其在航空领域的光辉业绩尤为引人注目。
2、碳纤维的发展碳纤维的出现是材料史上的一次革命。
碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。
现已广泛应用于航天、航空和军事领域。