碳纤维复合材料
碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究
碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究碳纤维复合材料是由一种或多种纤维材料和一种或多种基体材料构成的。
其中，碳纤维作为一种高性能纤维材料，可以与多种基体材料组合成复合材料。
碳纤维复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、耐磨损等优异性能，是一种重要的结构材料。
一、碳纤维复合材料的制备碳纤维复合材料的制备过程包括纤维预处理、基体材料制备、复合制备三个部分。
1. 纤维预处理纤维预处理是指将原始的碳纤维通过一系列化学和物理方法处理，以改善其表面性质，为后续复合制备提供良好的界面性能。
纤维预处理过程包括氧化、活化、电化学处理等。
2. 基体材料制备基体材料是复合材料的支撑结构，主要起支撑、保护纤维的作用，因此需要选择一种合适的基体材料。
金属、聚合物、陶瓷等材料都可以用作基体材料。
选择的基体材料需与碳纤维具有良好的界面相容性。
3. 复合制备复合制备是指将预处理好的纤维与制备好的基体材料进行复合，形成碳纤维复合材料。
复合制备的过程包括浸涂、压制、硬化等步骤。
其中，在浸涂过程中，最关键的是要确保纤维和基体材料之间的均匀浸润。
在硬化过程中，要保证温度和压力控制良好，以成品的物理性能。
二、碳纤维复合材料的力学性能研究碳纤维复合材料的力学性能是其能否应用的基础。
因此，需要进行力学性能研究，以验证其性能是否符合要求。
1. 本构模型本构模型是指根据材料的各项力学性能，建立材料模型，用以描述材料力学行为的理论。
碳纤维复合材料的本构模型可以分为弹性本构模型和塑性本构模型两种。
弹性本构模型适用于低应变区，并且不能反应出材料的非线性特征。
而塑性本构模型适用于高应变区，并且可以反应出材料的非线性特征。
选择合适的本构模型可以更准确地描述碳纤维复合材料的力学行为。
2. 材料力学性能测试材料力学性能测试包括拉伸、弯曲、剪切等多种测试方法。
其中，拉伸测试是最常用的性能测试方法。
拉伸测试可以得到材料的初始模量、极限拉伸强度、断裂应变等数据。
碳纤维复合材料的种类、环境应用及其发展趋势
碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂组成的复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、运动器材、建筑材料等领域。
随着对环境友好材料的需求不断增加，碳纤维复合材料的环境应用也呈现出日益重要的趋势。
一、碳纤维复合材料的种类1.碳纤维布碳纤维布是由碳纤维经过编织或无纺工艺而成的材料，具有高强度、高模量、轻质等特点，常用于航空航天领域。
2.碳纤维复合材料板碳纤维复合材料板是由碳纤维布经过树脂浸渍、层叠、压制而成的板状材料，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，常用于汽车制造领域。
3.碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料是将碳纤维与树脂等材料复合而成的新型材料，具有强度高、耐高温等特点，常用于航空航天、船舶制造领域。
二、碳纤维复合材料的环境应用1.减少能源消耗碳纤维复合材料具有轻质、高强度的特点，能够降低汽车、航空器等交通工具的重量，减少燃料消耗，有利于环境保护。
2.提高能源利用效率碳纤维复合材料具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，能够延长设备的使用寿命，提高能源利用效率，减少资源浪费。
3.降低环境污染碳纤维复合材料具有优异的耐腐蚀性能和抗老化性能，能够降低设备的维护成本，减少环境污染。
三、碳纤维复合材料的发展趋势1.环保可持续随着环保意识的提高，碳纤维复合材料的环保性能将越来越受到重视，未来发展将更加偏向于环保可持续。
2.多领域应用碳纤维复合材料将逐渐应用于更多的领域，包括建筑材料、新能源领域等，拓展发展空间。
3.优化性能未来碳纤维复合材料将通过技术创新和工艺改进，进一步优化性能，满足不同领域的需求。
个人观点和理解作为一种高性能复合材料，碳纤维复合材料在环境应用方面具有巨大潜力。
通过不断的技术创新和工艺改进，碳纤维复合材料的性能将得到进一步提升，应用领域也将得到拓展，为环境保护和可持续发展作出更大的贡献。
总结回顾通过本文的介绍，我们了解了碳纤维复合材料的种类、环境应用及其发展趋势。
碳纤维复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在减少能源消耗、提高能源利用效率和降低环境污染方面具有重要的作用。
碳纤维复合材料的成型工艺
碳纤维复合材料的成型工艺一、碳纤维复合材料概述碳纤维复合材料是一种由碳纤维增强体和树脂基体组成的新型高性能材料。
它以其轻质、高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、汽车制造、体育器材、建筑结构等领域得到了广泛的应用。
本文将探讨碳纤维复合材料的成型工艺，分析其重要性、挑战以及实现途径。
1.1 碳纤维复合材料的特点碳纤维复合材料的特点主要包括以下几个方面：- 轻质高强：碳纤维具有很高的比强度和比模量，使得复合材料在保持轻质的同时，具有很高的承载能力。
- 高刚度：碳纤维复合材料的刚度远高于传统材料，可以提供更好的结构稳定性。
- 耐疲劳：碳纤维复合材料具有优异的耐疲劳性能，适用于承受反复循环载荷的应用。
- 耐腐蚀：碳纤维复合材料对多种腐蚀性介质具有很好的抵抗力，适用于恶劣环境。
1.2 碳纤维复合材料的应用领域碳纤维复合材料的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 航空航天：用于飞机结构、发动机部件等，以减轻重量、提高性能。
- 汽车制造：用于车身、底盘等部件，以提高燃油效率和车辆性能。
- 体育器材：用于自行车、网球拍、高尔夫球杆等，以提供更好的运动性能。
- 建筑结构：用于桥梁、高层建筑等，以提高结构的承载能力和耐久性。
二、碳纤维复合材料的成型工艺碳纤维复合材料的成型工艺是实现其优异性能的关键环节。
不同的成型工艺会影响材料的性能和应用范围。
2.1 预浸料成型工艺预浸料成型工艺是一种常用的碳纤维复合材料成型方法。
该工艺首先将碳纤维与树脂基体预先混合，形成预浸料，然后在模具上铺设预浸料，通过热压或真空袋压等方法固化成型。
预浸料成型工艺具有成型效率高、产品质量好等优点。
2.2 树脂传递模塑成型工艺树脂传递模塑（RTM）成型工艺是一种先进的复合材料成型技术。
该工艺通过将树脂注入闭合模具中，使树脂在模具内流动并浸润碳纤维，最终固化成型。
RTM工艺可以实现复杂形状的制品成型，且具有较低的生产成本。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料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材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀和耐磨损等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造、体育器材等领域。
本文将从碳纤维复合材料的制备工艺、性能特点及应用领域等方面进行介绍。
首先，碳纤维复合材料的制备工艺包括预浸料制备、层叠成型、固化和后处理等步骤。
预浸料是将碳纤维与树脂预先混合，形成一种浸渍了树脂的碳纤维布，以便于后续的成型加工。
层叠成型是将预浸料铺在模具中，按照设计要求依次叠加，形成所需的复合材料结构。
固化是通过加热或加压等方式使树脂固化，使碳纤维与树脂基体充分结合。
最后进行后处理，包括修整、表面处理等工艺，以提高复合材料的表面质量和性能。
其次，碳纤维复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀和耐磨损等优点。
碳纤维的比强度和比模量都很高，比重却很低，因此碳纤维复合材料具有很高的强度和刚度，同时又非常轻便。
此外，树脂基体的耐腐蚀性能和碳纤维的耐磨损性能也使得碳纤维复合材料在恶劣环境下有着良好的表现。
因此，碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天领域，用于制造飞机机身、机翼等部件，以减轻飞机重量，提高飞行性能。
同时，汽车制造业也将碳纤维复合材料应用于汽车车身、悬挂系统等部件，以提高汽车的安全性和燃油经济性。
在船舶建造领域，碳纤维复合材料可以用于制造船体结构、船舶内部装饰等部件，以提高船舶的航行性能和舒适性。
此外，碳纤维复合材料还被广泛应用于体育器材制造，如高尔夫球杆、自行车车架等，以提高器材的性能和使用寿命。
综上所述，碳纤维复合材料具有制备工艺简单、性能优异、应用广泛等特点，是一种具有很高发展潜力和广阔市场前景的材料。
随着科技的不断进步和人们对轻质高强材料需求的增加，碳纤维复合材料必将在未来得到更广泛的应用和发展。
碳纤维复合材料
成型工艺
目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。 ①手糊法： 主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。 ②喷射法： 主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。 ③模压法：主要 使用国家有德国等。 ④FTM法：主要使用国家有欧美各 国、日本。 我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的， 其他有模压法、缠绕法、层压法等（见第十一章）。日本 的手糊法仍占50%。从世界各国来看，手糊法仍占相当比 重，说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型， 设备简单，费用少，一次能糊10m以上的整体产品。缺点 是机械化程度低，生产周期长，质量不稳定。近年来，我 国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备，随着FRP 工业的发展，新的工艺方法将会不断出现 。
优势
1、高强度（是钢铁的 5倍） 2、出色的耐热性(可 以耐受2000℃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
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料
社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会 比十所大学更能把科学推向前进 ——恩格斯
1. 概况
2. 结构-性能
3.成型工艺 4.用途
概况
在复合材料大家族中，纤维增强材料一直 是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树 脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷 纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制 成功，性能不断得到改进，使其复合材料 领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来 了解一下别具特色的碳纤维复合材料。
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。
碳纤维复合材料的制备工艺及其应用
碳纤维复合材料的制备工艺及其应用一、碳纤维复合材料概述碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体组成的材料，具有轻质、高强、高模量、耐腐蚀、耐高温、耐磨损等优点，是目前运用广泛的一种高性能材料。
碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑结构等领域。
如今，其中最为流行的应用就是在制造高档化、高速度、高精度单体器和新颖双翼飞行器上。
二、碳纤维复合材料的制备工艺碳纤维复合材料的制备过程是由多个工艺环节组成的，下面将针对每个环节逐一介绍。
1.纤维预处理碳纤维预处理是将原始碳纤维进行表面处理的过程，主要是增加碳纤维与树脂基体间的结合力。
预处理方法主要有物理法、化学法和物化结合法等。
2. 纤维束成型纤维束成型过程即是对碳纤维进行方向、密度、弯曲等要求的布放，旨在保障最终制品的力学性能和外观质量。
这个过程是全过程中最主要的工艺点。
3. 预浸胶（浸渍）预浸胶过程即是将干燥的碳纤维通过浸渍机进行一遍遍地浸润预浸膜，以保障纤维与树脂基体的结合质量和防止气泡的存在。
浸前要在浸润池内先提前进行啊溶剂和树脂的混合溶解，提高浸渍的成效。
4.层叠成形层叠成形过程即是替代传统的钣金模具来进行原料成型工艺，具有工艺灵活、生产效益高的特点。
一般有人工贴放和机器封装成型两种方法。
一个部位若是需要多层叠放，需对第一个和最后一个层间进行封闭处理。
5. 热固化热固化是将层叠成型后的半成品传送至热压机进行加压热处理，达成树脂基体固化硬化的工艺过程，这个过程也是碳纤维复合材料制品性能优良的重要原因。
三、碳纤维复合材料的应用碳纤维复合材料的优异性能，使得其在许多工业领域得以广泛应用，下面将对其主要应用领域进行介绍。
1. 航空航天领域碳纤维复合材料在航空航天领域中得到了广泛应用，如飞机翼、机身、尾翼等部位以及航空发动机的结构件等。
其优秀的轻重比使得飞机自身质量大大减轻，節省燃油成本以及大幅减少大气污染。
2. 汽车领域碳纤维复合材料在汽车领域中的应用也越来越广泛，碳纤维车身、内饰、动力传输部件以及刹车片等等都是一个个优秀的代表。
碳纤维及其复合材料讲解
碳纤维及其复合材料讲解引言碳纤维是近年来广泛应用于各个领域的一种先进材料，它具有低密度、高强度、高模量、耐热性等优异的性能，在航空航天、汽车、体育器材等领域有着重要的应用。
本文将对碳纤维及其复合材料进行深入讲解，介绍其结构、特性以及应用领域。
碳纤维的结构和制备方法碳纤维是由碳元素组成的纤维状材料，其结构由纯净的碳元素构成，具有高度有序的晶体结构。
碳纤维的制备方法主要包括聚丙烯纤维炭化法、聚丙烯纤维长丝法和聚丙烯纤维溶胶纺丝法等。
其中，聚丙烯纤维炭化法是最常用的方法，它通过将聚丙烯纤维经过预处理后进行高温炭化，得到纯净的碳纤维。
碳纤维复合材料的制备及特性碳纤维复合材料是将碳纤维与树脂基体进行复合制备而成的一种材料。
它具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等多种特性。
碳纤维复合材料的制备工艺主要包括预浸法、自动定型法和预浸层叠法等。
其中，预浸法是最常用的方法，它通过将碳纤维预先浸渍于树脂中，然后进行固化和压制，最终得到具有预定形状和性能的复合材料。
碳纤维复合材料具有优异的力学性能，其强度和刚度远远超过许多传统材料。
它还具有良好的耐热性和耐腐蚀性能，在高温和恶劣环境下能够保持较好的性能。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的阻尼性能，能够吸收和分散冲击能量，提高结构的抗震能力。
碳纤维及其复合材料的应用领域碳纤维及其复合材料在各个领域都有广泛的应用。
在航空航天领域，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机、卫星等结构中，以减轻重量并提高飞行性能。
在汽车领域，碳纤维复合材料能够替代传统金属材料，减少车身重量，提高燃油经济性。
在体育器材领域，碳纤维复合材料制成的高尔夫球杆、网球拍等器材具有轻盈、刚性等优势，提高了运动员的表现。
此外，碳纤维复合材料还广泛应用于建筑、能源、电子等领域。
在建筑领域，碳纤维复合材料能够替代传统的钢筋混凝土，提高结构的抗震性能。
在能源领域，碳纤维复合材料被用于制造风力发电叶片、太阳能电池等设备，提高能源转换效率。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料是一种非常重要的先进材料，具有很多优秀的性能和应用。
碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂基复合材料制成的，具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等优点。
首先，碳纤维复合材料具有轻质高强度的特点。
碳纤维是由碳元素组成的纤维状材料，具有很高的强度和刚度。
与传统的金属材料相比，碳纤维复合材料的重量只有其1/4左右，但强度却是其2倍以上。
这使得碳纤维复合材料成为各种高性能轻型结构的理想选择，如飞行器、航天器、汽车、运动器材等。
其次，碳纤维复合材料具有高模量的特点。
模量是材料抵抗变形的能力，反映了材料的刚度。
碳纤维的模量比传统的金属材料高很多，因此碳纤维复合材料具有更好的抵抗变形和承载能力。
在航空航天领域，碳纤维复合材料被广泛应用于制造各种高速飞行器和卫星，以提高其刚度和稳定性。
此外，碳纤维复合材料还具有很好的耐腐蚀性能。
由于其主要组成为碳纤维和树脂基复合材料，不含金属元素，所以不会受到常见金属材料的腐蚀和氧化影响。
这使得碳纤维复合材料在恶劣的环境下仍然能保持良好的性能，可以应用于海洋工程、石化设备等领域。
然而，碳纤维复合材料也存在一些缺点。
首先，其制造成本较高，主要是由于碳纤维的生产成本较高。
其次，碳纤维复合材料在高温下的性能会受到影响，容易软化和失效。
因此，在高温环境下的应用还需要进一步改进。
总的来说，碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高模量以及耐腐蚀等优点，是一种非常重要的先进材料。
随着制造技术的不断进步，其应用范围将会越来越广泛，给各个领域带来更多的创新和发展。
碳纤维复合材料的制备及应用研究
碳纤维复合材料的制备及应用研究碳纤维复合材料是由碳纤维和合成树脂组成的一种高性能、轻量化的材料。
其重量仅为传统金属材料的一半，但却具有较高的强度和刚度。
因此，碳纤维复合材料广泛应用于航空、航天、汽车、体育用品等众多领域。
本文将介绍碳纤维复合材料的制备技术及其在不同领域中的应用。
一、碳纤维复合材料的制备技术碳纤维复合材料的制备主要分为两个步骤：首先，制备碳纤维；其次，将碳纤维与合成树脂组合制成复合材料。
下面分别介绍这两个步骤的具体技术。
1. 制备碳纤维碳纤维的制备过程包括原料选择、纺丝、炭化、热处理等多个步骤。
碳纤维的制备质量直接影响到复合材料的性能。
因此，在制备碳纤维时需注意以下几点。
（1）原料选择。
碳纤维的制备原料主要是聚丙烯腈（PAN）、煤焦油和天然纤维。
在这三种原料中，PAN是最为常用的。
PAN经过一系列的物理和化学处理后可制成质量较好的碳纤维。
（2）纺丝。
纺丝是将原料转变成长丝状物的过程。
在此过程中，需要控制纺丝机的温度、湿度和拉伸力度等参数，以保证纺丝质量。
（3）炭化。
将纺丝后的材料炭化，是制备碳纤维的关键步骤。
该步骤通过高温加热，使纤维材料发生热解和石墨化，最终形成碳纤维。
其中，炭化温度一般在1000℃以上。
2. 制备碳纤维复合材料碳纤维复合材料的制备过程可以分为预制备和成型两个步骤。
预制备是将预先制作好的纤维层预制成形，成型是将预制的纤维层混合并用压力和热固化剂进行固化。
（1）预制备。
预制备包括布卷和放置两种方式。
布卷是将纤维层在制作时卷成卷状，直至需要时再将其解卷。
放置是将纤维层平放在模具上，制作成制好的形状。
（2）成型。
碳纤维复合材料的成型方式一般分为压制和模塑两种方法。
压制是将预制的碳纤维层利用压力和热固化剂进行固化。
模塑则是将预制的碳纤维层放置在热塑性树脂中进行成型。
二、碳纤维复合材料的应用研究由于碳纤维复合材料具有轻、强、刚、耐腐蚀等特点，因此，该材料在航空、航天、汽车、体育用品等众多领域中被广泛应用。
碳纤维复合材料的性能测试及应用
碳纤维复合材料的性能测试及应用碳纤维复合材料是一种可以代替传统金属材料的新型材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
然而，随着需求的不断增长，对碳纤维复合材料性能的测试也变得越来越重要。
本文将讨论碳纤维复合材料的性能测试及其在不同领域的应用。
一、碳纤维复合材料的性能测试1.强度测试碳纤维复合材料的强度是其最重要的性能之一。
强度测试通常使用拉伸、弯曲、剪切等测试方法。
拉伸测试是最常用的测试方法，通过测量试件在固定距离内的变形来确定其弹性模量和极限强度。
弯曲测试则通过测量试件在弯曲时的变形和应力来确定其弯曲强度和弹性模量。
剪切测试用于衡量试件的剪切强度和剪切模量。
2.热性能测试碳纤维复合材料的热性能对其在高温环境下的应用具有重要意义。
热性能测试主要包括热膨胀系数、热导率、热传导率的测试。
这些测试方法可以确保碳纤维复合材料在高温下具有良好的耐久性。
3.耐腐蚀性测试碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，在海洋和化学工业等领域有广泛的应用。
因此，耐腐蚀性测试成为了一种重要的测试方法。
测试方法包括对试件进行腐蚀试验观察其变化程度，通过改变温度、浓度和时间等参数来确定试件的耐久性。
二、碳纤维复合材料的应用1.航空航天领域碳纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用。
其中最显著的应用是飞机结构件。
由于碳纤维复合材料具有极佳的强度和刚度，使得使用它制造的飞机部件可以在保持安全性的前提下达到更轻的重量，显著降低了飞机的重量和油耗。
此外，碳纤维复合材料还可以用于制造导弹、卫星等航空航天器件。
2.汽车领域碳纤维复合材料可以大幅降低汽车的重量，提高燃油效率。
由于汽车的重量是燃料效率的最主要因素之一，因此利用碳纤维复合材料来制造汽车结构件，可以进一步推动汽车工业的可持续发展。
在高端豪华车市场上，碳纤维车身已经得到广泛应用，而在普及领域，由于成本问题，碳纤维复合材料还需要进一步推广。
碳纤维复合材料的介绍
碳纤维复合材料的介绍
碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体组成的高强度、轻质材料。
它具有优异的力学性能和化学稳定性，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材和建筑等领域。
碳纤维是由纯碳纤维束或纤维织物制成的，具有高强度和高刚度的特点。
这些纤维通过树脂基体进行粘结，形成了复合材料的结构。
常用的树脂基体包括环氧树脂、聚酰亚胺和酚醛等。
碳纤维复合材料具有以下优点：
1. 高强度和刚度：相比传统材料如钢铁和铝合金，碳纤维复合材料具有更高的强度和刚度。
2. 轻质：碳纤维复合材料的密度较低，比重轻，可以减轻结构负荷和提高运行效率。
3. 耐腐蚀性：碳纤维本身不易受到腐蚀，使得复合材料在恶劣环境中具有较好的耐久性。
4. 良好的热导性：碳纤维具有良好的热导性，可以有效分散和传导热量。
5. 设计自由度高：碳纤维复合材料可根据需要进行定制设计，形成各种复杂形状和结构。
然而，碳纤维复合材料也存在一些挑战：
1. 成本高：相对于传统材料，碳纤维复合材料的制造成本较高，限制了其在某些领域的广泛应用。
2. 易受冲击破坏：碳纤维复合材料对冲击和撞击容易产生损伤，需要采取适当的保护和维修措施。
3. 可回收性有限：由于复合材料中纤维与树脂的组合结构，碳纤维复合材料的回收和再利用相对困难。
尽管面临一些挑战，碳纤维复合材料的优异性能使其成为许多行业追求轻量化、强度高的理想选择，同时也促进了材料科学和工程领域的进步与创新。
碳纤维复合材料介绍
碳纤维复合材料介绍碳纤维复合材料是一种由碳纤维和基体材料组成的新型材料。
碳纤维是一种由碳元素纤维构成的轻质、高强度材料，而基体材料可以是树脂、金属、陶瓷等。
碳纤维复合材料具有优异的性能，并在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到广泛应用。
首先，碳纤维复合材料具有出色的强度和刚度。
碳纤维本身具有极高的强度和刚度，其比强度和比刚度分别是金属的数倍，比玻璃纤维的数十倍。
而通过将碳纤维与基体材料复合，可以进一步提高强度和刚度。
这使得碳纤维复合材料成为一种轻质、高强度的材料选择，适用于许多领域。
其次，碳纤维复合材料具有优异的耐腐蚀性能。
与金属相比，碳纤维复合材料不容易受到一般酸、碱等腐蚀物质的侵蚀。
这使得碳纤维复合材料在一些腐蚀环境下具有广泛应用的潜力，例如船舶、化工管道等领域。
此外，碳纤维复合材料还具有极好的疲劳性能。
由于碳纤维自身的高强度和高刚度，以及碳纤维与基体材料之间的良好结合，碳纤维复合材料具有优异的耐疲劳性能。
这意味着碳纤维复合材料在高强度、高应变条件下仍然能够保持材料的性能，延长了材料的使用寿命。
另外，碳纤维复合材料的导热性能也值得关注。
尽管碳纤维本身具有较低的导热性，但在一些情况下可以通过添加导热剂来改善导热性能。
这使得碳纤维复合材料能够用于高温环境下的应用，如航空发动机燃烧室、航天器耐热外壳等。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的绝缘性能和抗磨损性能。
由于碳纤维复合材料的基体材料可以选择具有良好绝缘性能和抗磨损性能的材料制成，使得碳纤维复合材料在电气工程和机械工程中得到广泛应用。
总之，碳纤维复合材料是一种具有优异性能的新型材料。
它具有高强度、高刚度、耐腐蚀、耐疲劳、导热性能好、绝缘性能好和抗磨损等特点，适用于航空航天、汽车制造、体育器材等众多领域。
随着科学技术的不断发展，碳纤维复合材料的应用前景将会更加广阔。
碳纤维复合材料的性能.
二、碳纤维增强复合材料
尽管碳纤维可单独使用发挥某些功能, 然而, 它属 于脆性材料, 只有将它与基体材料牢固地结合在一 起时, 才能利用其优异的力学性能, 使之更好地承载 负荷。因此, 碳纤维主要还是在复合材料中作增强 材料。根据使用目的不同可选用各种基体材料和复 合方式来达到所要求的复合效果。碳纤维可用来增 强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷, 而目前使用得 最多、最广泛的是树脂基复合材料。
1.2碳纤维的特点
碳纤维主要具备以下特性: 1.密度小、质量轻, 碳纤维的密度为1. 5~ 2 g /cm3, 相当于钢密度的 1 /4、 铝合金密度1/2; 2. 强度、弹性模量高, 其强度比钢大4~ 5倍, 弹性回复为100% ; 3. 热膨胀系数小, 导热率随温度升高而下降, 耐骤冷、急热, 即使从几 千 摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂 4.摩擦系数小, 并具有润滑性; 5.导电性好, 25℃ 时高模量碳纤维的比电阻为775Ω*cm , 高强度碳纤维 则为1 500Ω*cm ; 6.耐高温和低温性好, 在3 000℃ 非氧化气氛下不熔化、不软化, 在液氮 温度下依旧很柔软, 也不脆化; 7.耐酸性好, 对酸呈惰性, 能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。除此之外, 碳纤维还具有耐油、抗辐射的特性
常用的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等。 在碳纤维增强树脂基复合材料中, 碳纤维起到增强作用, 而树 脂基体则使复合材料成型为承载外力的整体, 并通过界面传 递载荷于碳纤维, 因此它对碳纤维复合材料的技术性能、成 型工艺以及产品价格等都有直接的影响。碳纤维的复合方式 也会对复合材料的性能产生影响。在制备复合材料时, 碳纤 维大致可分为两种类型: 连续纤维和短纤维。连续纤维增强 的复合材料通常具有更好的机械性能, 但由于其制造成本较 高,并不适应于大规模的生产。短纤维复合材料可采用与树脂 基体相同的加工工艺, 如模压成型、注射成型以及挤出成型 等。当采用适合的成型工艺时, 短纤维复合材料甚至可以具 备与连续纤维复合材料相媲美的机械性能并且适宜于大规模 的生产, 因此短纤维复合材料近年来得到了广泛的应用。
碳纤维复合材料
谢引
二、碳纤维复合材料的应用
3.、作为轨道交通车辆的车体结构
轻量化是减少列车运行能耗的一项关键 技术，金属制造的轨道列车，虽车体强度 高，但质量大、能耗高。CFRP是新一代高 速轨道列车车体选材的重点，它不仅可使 轨道列车车体轻量化，还可以改进高速运 行性能、降低能耗、减轻环境污染、增强 安全性。当前，CFRP在轨道车辆领域的应 用趋势：从车箱内饰、车内设备等非承载 结构零件向车体、构架等承载构件扩展； 从裙板、导流罩等零部件向顶盖、司机室、 整车车体等大型结构发展；以金属与复合 材料混杂结构为主，CFRP用量大幅提高。
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谢引
二、碳纤维复合材料的应用
• 碳纤维是最重要的无机高性能纤维，这点是由其材料本性、产业技术复 杂性、应用领域重要性和市场规模性等因素决定的，其首个市场化应用是 1972年市售的碳纤维增强树脂钓鱼竿。此后，碳纤维应用快速向以航空航 天器主结构材料为代表的高端化发展。 碳纤维最主要的应用形式是作为树脂材料的增强体，所形成的碳纤维增 强树脂（CFRP）具有优异的综合性能，其在导弹、空间平台和运载火箭， 航空器，先进舰船，轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电 池，电力电缆，压力容器，铀浓缩超高速离心机，特种管筒，公共基础设 施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等十六个领域， 有着实际和潜在的应用。 下面将从上述提到的几个领域中挑选其3对碳纤维的应用及其近期的技术 进展加以综述。
• 近些年来无论国际还是国内，碳纤维的用量都在稳定增长，
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世界上碳纤维的格局还是以日本为主，目前中国 的碳纤维企业在世界的碳纤维产业版图上已经有了 一席之地。而其中最具代表性的就是中复神鹰(即 CCGC)，多年产销量稳定在千吨以上，产品品质收 到市场检验和客户认可，2017年产销量达2500吨， 占国产碳纤维销量一半以上。
碳纤维复合材料
6.5.1 先进飞行器上应用
作为高性能的重返大气层飞行器的鼻嘴和 热屏蔽材料，先进的推进装置的耐冲蚀、 尺寸稳定和热稳定材料。 表6-7 C/C在航天飞机上的应用 表6-8 C/C在战略导弹上的应用。
体时应考虑下列特性-黏度、碳收获率、碳 的微观结构和晶体结构。通常有热固性树 脂和沥青两大类。其中常用的有酚醛树脂 和呋喃树脂以及煤焦油沥青和石油沥青。 热固性树脂：经热解其碳的质量转化率为 50%～60%； 沥青：常压下产碳率为50%左右，在 10MPa氮压和550℃下产碳率可高达90%。
24 2500
142 190
42.7 70.4
38.2 68.5
•T-50-221-44为三向正交细编C/C复合材料
6.3 C/C用组分材料选择
C/C用碳纤维选择 C/C的基体前驱体
6.3.1 C/C用碳纤维选择
1）碳纤维碱金属等杂质含量越低越好
C/C的一个重要用途是耐烧蚀材料，钠等碱金属是 碳的氧化催化剂； 当C/C用来制造飞行器烧蚀部件时，飞行器飞行过 程中由于热烧蚀而在尾部形成含钠离子流，易被 探测和跟踪，突防和生存能力受到威胁。 制造C/C的碳纤维碱金属含量要求<100mg/kg，目 前黏胶基碳纤维和PAV基碳纤维（特别是石墨纤 维）碱金属含量均满足要求。碱金属含量 <50mg/kg的超纯碳纤维的研制也正在进行中。
6.2.2 物理性能
热膨胀性能低：常温下为-0.4～1.8×10-6/K，仅 为金属材料的1/5～1/10； 导热系数高：室温时约为0.38～0.45 cal/cm· s· ℃ （铁：0.13），当温度为1650℃时，降为0.103 cal/cm· s· ℃。 比热高：其值随温度上升而增大，因而能储存大 量的热能，室温比能约为0.3 kcal/kg· ℃（铁： 0.11）,1930℃时为0.5 kcal/kg· ℃。 密度：<1.7～1.9； 熔点：4100℃。 耐磨性：摩擦系数小，具有优异的耐磨擦磨损性 能，是各种耐磨和摩擦部件的最佳候选材料。
碳纤维复合材料的研究与应用
碳纤维复合材料的研究与应用简介碳纤维复合材料是一种高强度、高刚度、轻质化、高耐蚀性的高级材料。
它由碳纤维和树脂基体组成，具有优异的力学、物理、化学等性能。
目前，碳纤维复合材料已广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材、医疗器械等领域。
碳纤维的生产碳纤维是一种高强度、高模数的纤维材料，其主要成分是碳元素。
碳纤维的生产主要分为以下几步：原料选择碳纤维的原材料是聚丙烯腈(PAN)、沥青和煤焦油。
其中以PAN为主要原料，其次是沥青和煤焦油。
PAN的纤维化程度高，且经济实惠，是碳纤维生产的主要原料。
纤维化PAN经过预处理后，再通过拉伸和碳化的工序，制成碳纤维。
碳纤维的制备过程主要分为三个阶段：预氧化、碳化和石墨化。
预氧化是指将PAN预处理后固化，以便将其碳化成为具有一定强度的原始碳纤维。
碳化是指将预氧化后的PAN在高温下进行重整制备成高强高模的碳纤维。
石墨化是将碳化后的碳纤维在高温下处理，结晶化，以提高其强度与模量。
将制成的碳纤维进行表面处理，并进行丝束整理、筛分、对捻等后处理加工，成为纤维束或纤维绳。
树脂基体的选择和制备树脂基体常用的材料有热固性树脂和热塑性树脂。
热固性树脂多用于碳纤维的制造中，热塑性树脂主要用于易于成型的产品。
热固性树脂主要有环氧树脂、苯醇酚树脂、酚醛树脂等。
环氧树脂是最常用的基体材料，它具有良好的化学稳定性和耐久性，且可通过改变配比，达到不同的性能要求。
热塑性树脂主要有聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂等。
与热固性树脂相比，热塑性树脂具有成型性好、质量稳定、加工稳定等优点，但强度和耐用性较弱。
碳纤维复合材料的制备碳纤维和树脂基体通过复合工艺制成碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料的制造一般包括以下工艺流程：布料、预浸渍、硬化、成型、修整、钻孔、表面处理等工序。
布料纤维以规定长度、宽度、厚度等要求，堆放在模具内。
将环氧树脂预浸渍碳纤维纱线匀布在模具上，排出预浸渍后的碳纤维，压实为薄片，形成初步成型。
硬化放入烤箱中，固化出初步制成的树脂固体。
《碳纤维复合材料》课件
切割与加工
在高温下进行热处理，消除材料中的 内应力，提高其稳定性和耐久性。
根据需要，对碳纤维复合材料进行切 割和加工，以满足不同应用的需求。
表面涂装与防护
对碳纤维复合材料表面进行涂装和防 护处理，以提高其耐腐蚀、耐磨等性 能。
碳纤维复合材料的
03
性能与测试
碳纤维复合材料的力学性能
01
02
03
高强度与高刚性
碳纤维复合材料具有极高 的抗拉强度和弹性模量， 使其成为承受重负载和抵 抗变形的理想选择。
疲劳性能优异
碳纤维复合材料在循环载 荷下表现出良好的耐久性 ，适用于需要承受周期性 载荷的场合。
损伤容限高
碳纤维复合材料的独特结 构使其能够承受部分损伤 而不影响整体性能，提高 了结构的安全性。
碳纤维复合材料的热学性能
将碳纤维与树脂等基体材料混合，制备成预浸料。预浸料的制备质 量直接影响复合材料的性能。
铺层与成型
将预浸料按照设计要求进行铺层，然后在一定温度和压力下进行成 型处理，使材料固化形成碳纤维复合材料。
后处理与加工
对成型的碳纤维复合材料进行后处理和加工，以满足不同应用需求 。
碳纤维复合材料的后处理工艺
热处理与消除内应力
将聚合物单体进行聚合，然后纺成纤维。这一过程中，需要控制温度 、压力等参数，以确保纤维的质量。
预氧化与碳化
在高温下进行预氧化和碳化处理，使纤维中的氢、氧等元素得以去除 ，同时形成碳纤维的结构。
表面处理与涂层
对碳纤维表面进行处理和涂层，以提高其与其他材料的粘附性和功能 性。
碳纤维复合材料的成型工艺
预浸料制备
良好的热稳定性
碳纤维复合材料在高温下仍能保持稳定的力学性能， 适用于高温环境。
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表6-6 树脂/沥青浸渍与CVD制C/C复合材料 性能比较
6.5 C/C复合材料的应用
世界各国均把C/C复合材料用作先进飞行 器高温区的主要热结构材料，其次是作为 飞机和汽车等的刹车材料。 飞行器中的应用 刹车材料方面应用 其他应用 发展趋势与应用前景
在编制技术方面：由单向朝多向发展； 机械针织技术方面：由简单机械向高度机
械化、微机化和计算机程控全自动化发展； 应用方面：由先进飞行器向普通航空和汽
车、非航天高温结构领域发展，向民用化 和低成本化发展。
图6-3 C/C可能应用于小汽车的部位
6.2 C/C复合材料的特性
C/C复合材料的性能与纤维的类型、增强方 向、制造条件以及基体碳的微观结构等密 切相关。
力学性能 热物理性能 烧蚀性能 化学稳定性
6.2.1 力学性能
➢ C/C复合材料强度与组分材料性质、增强材料的 方向、含量以及纤维与基体界面结合程度有关；
室温强度和模量
一般C/C：拉伸强度>270GPa、弹性模量>69GPa 先进C/C：强度>349MPa，其中单向高强度C/C可 达700MPa。（通用钢材强度500～600MPa） 高温力学性能：度最低的C/C的比强度也较耐热 合金和陶瓷材料的高，是当今在太空环境下使用 的高温力学性能最好的材料。
6.5.3 其他方面的应用
医疗：C/C与人体组织生理上相容，弹性模 量和密度可以设计得与人骨相近，并且强 度高，可做人工骨。
工业生产：美国用作玻璃工业中的热端、 高温模具、高温真空炉内衬材料；核反应 堆零件、电触头、热密封垫和轴承。
6.5.4 C/C的发展趋势与应用前景
今后将以结构C/C复合材料为主，向功能和 多功能C/C复合材料发展；
6.2.4 化学稳定性
C/C除含有少量的氢、氮和微量金属元素外， 几乎99%以上都是元素C，因此它具有和C 一样的化学稳定性。
耐腐蚀性：C/C像石墨一样具有耐酸、碱和 盐的化学稳定性；
氧化性能：C/C在常温下不与氧作用，开始 氧化温度为400℃，高于600℃会严重氧化。 提高其耐氧化性方法—成型时加入抗氧化 物质或表面加碳化硅涂层。
未经表面处理的碳纤维，两相界面粘接薄 弱，基体的收缩使两相界面脱粘，纤维不 会损伤；当基体的裂纹传播到两相界面时， 薄弱界面层可缓冲裂纹传播速度或改变传 播方向，或界面剥离吸收掉集中的应力， 从而使碳纤维免受损伤而充分发挥其增强 作用，使C/C强度提高。
未经表面处理的碳纤维和石墨纤维更适宜 制造C/C复合材料。
比热高：其值随温度上升而增大，因而能储存大 量的热能，室温比能约为0.3 kcal/kg·℃（铁： 0.11）,1930℃时为0.5 kcal/kg·℃。
密度：<1.7～1.9；
熔点：4100℃。
耐磨性：摩擦系数小，具有优异的耐磨擦磨损性 能，是各种耐磨和摩擦部件的最佳候选材料。
6.2.3 烧蚀性能
6.3 C/C用组分材料选择
C/C用碳纤维选择 C/C的基体前驱体
6.3.1 C/C用碳纤维选择
1）碳纤维碱金属等杂质含量越低越好 C/C的一个重要用途是耐烧蚀材料，钠等碱金属是
碳的氧化催化剂；
当C/C用来制造飞行器烧蚀部件时，飞行器飞行过 程中由于热烧蚀而在尾部形成含钠离子流，易被 探测和跟踪，突防和生存能力受到威胁。
6.3.2 C/C的基体前驱体
C/C的基体材料有热解碳和浸渍碳两种。 ➢ 热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙
烯以及低分子芳烃等； ➢ 浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂， 沥青：主要采用天然沥青和煤沥青； 树脂：采用热固性树脂或热塑性树脂，常用热固性树
脂—酚醛、呋喃、糠醛、糠醇和聚酰亚胺等，热塑性树 脂—聚醚醚酮、聚芳基乙炔、聚苯并咪唑等。其中用量 最大的是酚醛和呋喃类树脂。 比较：沥青浸渍碳—产碳率较低，但易于石墨化，生成 的碳电阻率低、热导率高、模量高，最终生成各向同性 的石墨；树脂浸渍碳—产碳率高，但难以石墨化，且电 阻率高、热导率低，最终生成各向异性的石墨。
体时应考虑下列特性-黏度、碳收获率、碳 的微观结构和晶体结构。通常有热固性树 脂和沥青两大类。其中常用的有酚醛树脂 和呋喃树脂以及煤焦油沥青和石油沥青。
热固性树脂：经热解其碳的质量转化率为 50%～60%；
沥青：常压下产碳率为50%左右，在 10MPa氮压和550℃下产碳率可高达90%。
2）低压浸渍
材料的发展与需求相联系
耐烧蚀材料需求：飞船返回舱和航天飞机 的鼻嘴最高温度分别为1800 ℃和1650℃。 C/C 具有高烧蚀热、低的烧蚀率、抗热冲击 和超热环境下具有高强度等优点。可耐受 10000℃的驻点温度，在非氧化环境下可保 持在2000℃以上。是再入环境中高性能的 理想烧蚀材料。
高温耐磨材料需求：C/C是唯一能在极高温 度下使用的摩阻材料，且密度仅为1.7～1.9。
6.5.2 刹车材料方面的应用
法国欧洲动力公司大量生产C/C刹车片，用 作飞机（如幻影式战斗机）、汽车（如赛 车）和高速火车的刹车材料。
波音747上使用C/C刹车装置，大约使机身 质量减轻了816.5kg。
日本C/C用作飞机刹车材料已有10年的历史。 日本协和式超音速客机共8个轮，刹车片约 用300kgC/C复合材料，可使飞机减轻 450kg。用作F-1赛车刹车片，可使其减轻 11kg。
3）高压浸渍
PIC工艺：浸渍和碳化都在高压下进行，利 用等静压技术使浸渍和碳化都在热等静压 炉内进行。可提高产碳率降低空隙率。
表6-5 PIC工艺压力对致密化的影响，当外 压增加到6.9MPa时产碳率显著增加，高密 度C/C复合材料需要51.7～103.4MPa的外 压。
二、气相沉积法
气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物， 如甲烷、丙烷、天然气等通入预制体，并 使其分解，析出的碳沉积在预制体中。
6.5.1 先进飞行器上的应用
作为高性能的重返大气层飞行器的鼻嘴和 热屏蔽材料，先进的推进装置的耐冲蚀、 尺寸稳定和热稳定材料。
表6-7 C/C在航天飞机上的应用 表6-8 C/C在战略导弹上的应用。
图6-1 C/C在航天飞机上的应用部位
航天飞机表面温度
C/C在航天飞机上应用部位
图6-2 导弹鼻嘴
第六章 C/C复合材料
定义：C/C复合材料是以碳（或石墨）纤维 及其织物为增强材料，以碳（或石墨）为 基体，通过加工处理和碳化处理制成的全 碳质复合材料。
C/C复合材料发展； C/C复合材料的特性； C/C复合材料的原材料； C/C复合材料成型加工方法； C/C复合材料应用。
6.1 C/C复合材料的发展
技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体 中。
影响因素：预制体的性质、气源和载气、 温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳 基体的性能及均匀性。
工艺方法：等温法、温度梯度法、差压法。
1）等温法
工艺过程：将预制体放入等温感应炉中加 热，导入碳氢化合物和载气，碳氢化合物 分解后，碳沉积在预制体中。
工艺控制：为使碳均匀沉积，温度应该控 制得使碳氢化合物的扩散速度低于碳的沉 积速度。
例如：选用HM（高模量型）MP（中间相） 或MJ系列纤维由于发达的石墨层平面和较 好的择优取向，抗氧化性能不仅优于通用 的乱层石墨结构碳纤维，而且热膨胀系数 小，可减小浸渍碳化过程中产生的收缩以 及减少因收缩而产生的裂纹，使整体的综 合性能得到提高。
3）对碳纤维表面处理及界面特性的要求
➢ 碳纤维表面处理对C/C有显著的影响
制造C/C的碳纤维碱金属含量要求<100mg/kg，目 前黏胶基碳纤维和PAV基碳纤维（特别是石墨纤 维）碱金属含量均满足要求。碱金属含量 <50mg/kg的超纯碳纤维的研制也正在进行中。
2）对性能要求
采用高模量中强或高强中模量碳纤维制造 C/C不仅强度和模量的利用率高，而且具有 优异的热性能。
6.2.5 其他性能
生物相容性好：是人体骨骼、关节、颅盖 骨补块和牙床的优良替代材料；
安全性和可靠性高：若用于飞机，其可靠 性为传统材料的数十倍。飞机用铝合金构 件从产生裂纹至破断的时间是1mim，而 C/C是51mim。
表6-2 C/C与宇航级石墨ATJ-S性能比较
•T-50-221-44为三向正交细编C/C复合材料
对热应力不敏感：一旦产生裂纹，不会像石墨和 陶瓷那样严重的力学性能损失。
6.2.2 物理性能
热膨胀性能低：常温下为-0.4～1.8×10-6/K，仅 为金属材料的1/5～1/10；
导热系数高：室温时约为0.38～0.45 cal/cm·s·℃ （铁：0.13），当温度为1650℃时，降为0.103 cal/cm·s·℃。
3）差压法
工艺方法：通过在织物厚度方向上形成的 压力梯度促使气体通过植物间隙。将预制 体的底部密封后放入感应炉中等温加热， 碳氢化合物以一定的正压导入预制体内， 在预制体壁两边造成压差，迫使气体流过 空隙，加快沉积速度。
三、CVD法的优缺点
优点：基体性能好，且与其他致密化工艺 一起使用，充分利用各自的优势。可以将 CVD法和液态浸渍法联合应用，可以提高 材料的致密度。
烧蚀性能：在高温高压气流冲刷下，通过材 料发生的热解、气化、融化、升华、辐射等 物理和化学过程，将材料表面的质量迁移带 走大量的热量，达到耐高温的目的。
C/C的升华温度高达3600℃，在这样的高温 度下，通过表面升华、辐射除去大量热量， 使传递到材料内部的热量相应地减少。
表6-1 不同材料的有效烧蚀热的比较
6.4.2 预制体和碳基体的复合
碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳 使其致密化，以实现预制体和碳基体的复 合。
渗碳方法：液态浸渍热分解法、化学气相 沉积法。
基本要求：基体的先驱体与预制体的特性 相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C 复合材料。