高性能纤维及复合材料
T1000 级碳纤维及其复合材料研究与应用进展
摘要本文介绍了T1000 级碳纤维的发展历程，综述了T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。
1引言碳纤维是一种碳元素组成占总质量90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。
最早可追溯至18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。
T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。
高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。
目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。
碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。
根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是T1000 级碳纤维的研制有很大困难。
T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。
由于T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。
2T1000 级碳纤维性能研究现状1962 年正式开展PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出T1000G 碳纤维。
2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出T1100G 碳纤维，2017 年 6 月强度由6600MPa 更新至7000MPa，目前东丽已完成了T1200 碳纤维的量产。
复合纤维的相关标准及鉴别技术进展
复合纤维的相关标准及鉴别技术进展摘要：近年来，经济快速发展，社会不断进步，作为我国核心战略材料不能够缺少的构成，高性能纤维和复合材料是国家重大战略实施以及高端装备发展不可缺少的物质基础，同时也是促进新材料产业持续发展不可忽视的力量。
本文针对其产生的问题给予有效分析，同时提出我国高性能纤维与复合材料发展的路径为“产品自主、技术自主、体系自主”。
并且在这样的一个基础上，基于提高复合材料设计和应用能力，以及处置产业化成套装备存在的问题和建设联合创新平台等几个方面提出具体的解决措施，希望能够为提升高性能纤维与其复合材料技术以及产业高质量发展提供有益的参考。
关键词：复合纤维；标准；鉴别技术；进展引言复合纤维是将两种(或两种以上)高聚物熔体或溶液分别输人同一个纺丝组件中，在组件适当部位汇合，通过同一个喷丝孔中喷出而成为一根纤维，称为复合纤维。
复合纤维常用的聚合物材料主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、聚酰胺等。
常见的复合纤维有PE/PP复合纤维、PE/聚酰胺复合纤维、PE/聚酯复合纤维、聚酰胺/聚酯复合纤维、低熔点聚酯/普通聚酯复合纤维等。
随着纺丝技术的发展和纺织产品发展需求，目前越来越多的复合纤维被应用于纺织领域中，包括服装、医用和卫生用纺织品、各类揩布、纤维过滤材料、地毯、人造麂皮、保暖絮片、填充物、非织造布、特殊工作服和工业用纺织品等方面。
因此，研究并定性鉴别复合纤维具有重要的意义。
1我国高性能纤维及其复合材料的发展思路①需要保障核心品种。
需要对纤维材料的保障能力给予适当的提升，只有这样才能够填补高端品种在生产过程中存在的空缺，使我国纤维材料在核心产品上保持技术的安全。
②在产业生产上需要注重自主控制。
对于基础原材料以及所使用到的装备和机电产品等必备的产业链潜存的隐患与技术上存在的短板进行排查，保障产业基础发展和再造。
③需要注重体系自主发展的基础原则。
需要建立一个符合企业和项目建设要求的发展体系，除此之外还需要注重国内战略性的产业市场发展，使其能够成为一个具有发展特点和产业发展优势的竞争市场，建立协同发展的研究体系，只有这样才能够使高性能纤维与其复合材料技术之间实现本土的创新发展并对其给予适当的支撑。
高性能纤维及复合材料
高性能纤维及复合材料高性能纤维及复合材料是一种具有优异性能的材料，它们在航空航天、汽车、船舶、体育器材、军事装备等领域都有着广泛的应用。
高性能纤维及复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点，因此备受青睐。
本文将从高性能纤维及复合材料的种类、特点以及应用领域展开阐述。
首先，高性能纤维及复合材料主要包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
碳纤维具有高模量、高强度、低密度的特点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
玻璃纤维具有良好的绝缘性能和化学稳定性，常用于建筑、船舶、电子等领域。
芳纶纤维具有优异的耐热性和耐化学腐蚀性，广泛应用于防弹衣、航空发动机零部件等领域。
其次，高性能纤维及复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点。
这些特点使得高性能纤维及复合材料在航空航天领域可以减轻飞机、航天器的重量，提高载荷能力和燃料效率；在汽车领域可以提高汽车的安全性能和燃油经济性；在船舶领域可以提高船舶的抗风浪能力和航行速度；在体育器材领域可以提高器材的性能和使用寿命；在军事装备领域可以提高装备的防护性能和机动性。
最后，高性能纤维及复合材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材、军事装备等领域都有着广泛的应用。
在航空航天领域，高性能纤维及复合材料被用于制造飞机机身、航天器外壳等部件；在汽车领域，高性能纤维及复合材料被用于制造车身、发动机零部件等部件；在船舶领域，高性能纤维及复合材料被用于制造船体、船舶结构件等部件；在体育器材领域，高性能纤维及复合材料被用于制造滑雪板、自行车车架等器材；在军事装备领域，高性能纤维及复合材料被用于制造防弹衣、武器零部件等装备。
综上所述，高性能纤维及复合材料具有广泛的应用前景，其轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点使其在各个领域都有着重要的地位。
随着科技的不断进步，相信高性能纤维及复合材料会有更加广阔的发展空间。
建筑材料的高性能复合材料有哪些
建筑材料的高性能复合材料有哪些在现代建筑领域，高性能复合材料的应用越来越广泛，它们为建筑的设计和建造带来了诸多创新和突破。
高性能复合材料具有优异的性能，能够满足各种复杂的建筑需求。
接下来，让我们一起了解一下建筑材料中常见的高性能复合材料。
碳纤维增强复合材料（CFRP）是一种备受瞩目的高性能复合材料。
碳纤维具有高强度、高模量和轻质的特点，与树脂基体结合后，形成的 CFRP 具有出色的力学性能。
在建筑中，CFRP 可用于加固混凝土结构，如桥梁、梁柱等。
它能够显著提高结构的承载能力和耐久性，延长建筑的使用寿命。
此外，CFRP 还可用于制造新型的建筑构件，如预制板、屋面板等，其轻质的特性有助于减轻建筑的自重，降低基础造价。
玻璃纤维增强复合材料（GFRP）也是常见的高性能复合材料之一。
玻璃纤维成本相对较低，且具有良好的耐腐蚀性和绝缘性。
GFRP 在建筑中的应用十分广泛，如用于制作通风管道、水箱、遮阳板等。
它能够在恶劣的环境条件下保持稳定的性能，减少维护成本。
同时，GFRP 还可用于建筑外立面的装饰，赋予建筑独特的外观效果。
芳纶纤维增强复合材料（AFRP）具有高韧性和抗冲击性的特点。
在建筑抗震领域，AFRP 可用于加固结构节点和关键部位，提高建筑在地震作用下的安全性。
此外，AFRP 还可用于制造防弹和防爆建筑构件，保障特殊场所的安全。
除了纤维增强复合材料，聚合物基复合材料也在建筑中发挥着重要作用。
例如，聚碳酸酯板具有良好的透光性和耐冲击性，常用于建筑的采光顶和幕墙。
它能够让自然光线充分进入室内，减少人工照明的需求，同时提供有效的防护。
另外，热塑性复合材料在建筑中的应用也逐渐增多。
这类材料具有可回收、加工性能好等优点。
比如，它们可以被用于制造建筑模板，提高施工效率和降低成本。
金属基复合材料在一些特殊建筑中也有应用。
铝基复合材料具有轻质、高强的特点，可用于制造高层建筑的幕墙框架，减轻结构自重的同时保证结构的稳定性。
国外高性能纤维及其复合材料在高速列车的应用
种新 设计车 厢 与原铝质 车 体相 比 ，可 减重４ ％，制 ０ 程也 缩短 了５ ％ 。这种 新研 发 的车体 已于２ ０ 年４ ０ ０７
月在普 通铁轨 线上 试运行 ，截 止２ ０ 年 底 已运 行２ ０７ ０
１ ６ 超细 纤维 毡 ．
熔 喷 法 超 细 纤 维 毡 具 有 表 面 积 大 和 微 孔 均 匀 性 高 的特 点 ，适 宜用 作 飞机 和 高速 列车 的空 调 精 密 过滤 滤 材 。纤 维 品种 可 根 据 需 要选 用 聚 丙 烯 纤 维 （ 价 ，但 不 耐 热和 不 阻燃 ）、氧 化 铝 纤 维 廉 （ 高温 和 不 燃 ）、 活性 碳 纤 维 （ 效和 阻燃 ） 耐 高
１３ 对 位芳 酰胺 （Ｐ Ａ ． Ｐ Ｔ ）纤维
１ 高速列 车用 高科 技纤维 新材料简介
１１ 碳 纤维 ．
其 特 点 是 高 强 度 、 高 模 量 、 耐 高 温 、 耐 腐
其 特 点 是 高 强 度 、 高 模 量 、 耐 高温 和 抗 腐
蚀 ，但 不抗 燃 ，耐 紫 外光 性 略 差 。其 复 合 材料 具
（ 国特种合 成纤维信 息 中心 ，北京 １０ ２ ） 全 ００８
摘 要： 简述 了数种 高性能纤维 的特性 ，并列举韩 国铁道研 究所和韩国纤维玻璃公 司承建 ￣ＣＦ 车厢 、 日本新干线Ｎ７ ０ ． ＲＰ ０ ， ￣
列 高速列车 、意 大利Ｅ Ｒ５０ Ｔ ０ ￣速列车车头 、法 国国营铁路公 司的Ｔ Ｖ 速 列车所使 用的高性能纤维复合材料 情 Ｔ 和Ｅ Ｒ１ ０ ０ ０ Ｇ ｒ ￣ 况。最后 ，列举 了国 内外 专利所发表 的有 关 高速 列车所用的各种部件的材料 。
情 景 ，该罐 长３ Ｉ ０１、直径 ５ｉ，操 作温 度 范 围从室 Ｔ ｎ
纤维增强复合材料
通过添加填料、改性剂等对基体材料进行改性，改善基体材料的性能，提高复合 材料的综合性能。
界面设计与优化
界面设计原则
设计良好的界面结构，确保纤维与基体材料之间有足够的粘 结力和剪切力，提高复合材料的力学性能。
界面优化技术
采用涂层技术、表面处理等方法对界面进行优化，改善界面 相容性，提高复合材料的整体性能。
纤维浸润
预浸料制备
将浸润后的纤维进行连续化或裁剪， 制备成一定规格的预浸料。
将纤维（如玻璃纤维、碳纤维等）浸 入树脂中，使纤维表面均匀涂覆树脂。
纤维铺层与成型
01
02
03
铺层设计
根据产品结构和性能要求， 进行铺层设计，确定纤维 的铺设方向、层数和顺序。
定位与固定
将预浸料按照设计要求铺 设在模具上，并进行定位 和固定，确保纤维位置准 确。
通过改进生产工艺和设备， 降低生产成本，提高生产 效率。
原材料国产化
推动原材料的国产化进程， 降低原材料成本，提高供 应链的稳定性。
规模化生产
通过扩大生产规模，实现 规模经济效应，降低单位 产品的成本。
环境友好性与可持续发展
环保生产工艺
采用环保型的生产工艺和设备， 降低生产过程中的环境污染。
可循环利用
认证与评价机制
建立认证和评价机制，对复合材料的质量和性能进行评估和认证， 提高市场竞争力。
05 纤维增强复合材料的应用 案例
航空航天领域的应用
飞机结构
纤维增强复合材料因其高强度、轻质和耐腐蚀的特性，广泛应用于 飞机结构，如机翼、尾翼和机身。
航天器结构
在航天器设计中，纤维增强复合材料用于制造卫星平台、火箭发动 机壳体和航天飞机隔热罩。
土木工程用高性能纤维复合材料制备及应用关键技术项目简介
附件1《土木工程用高性能纤维复合材料制备及应用关键技术》项目简介土木工程用高性能纤维增强复合材料(High Performance Fiber Reinforced Polymer，简称HP-FRP)主要指以碳纤维、高性能玻璃纤维增强的树脂基复合材料（即CFRP和HP-GFRP），具有高强、轻质、耐久、可设计等优点，能满足土木工程提高结构的安全性与耐久性、延长使用寿命的迫切需求。
上世纪90年代，在我国土木工程用HP-FRP的技术领域，缺少满足要求的产品、缺少专用技术装备、缺少相关标准。
1996年，本项目组率先在国内开展了CFRP加固混凝土结构关键技术的研究，并先后承担完成了863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目等11项国家级科技项目。
1998年完成了国内首个应用示范项目，并开始编制首部FRP材料及应用技术标准，1999年率先研发成功了具有自主知识产权的结构加固补强用织物及配套树脂，2000年率先研发成功了第一代土木工程用HP-FRP板、筋成套技术装备，填补了国内空白。
随后，项目组持续开展土木工程用HP-FRP 的相关制备技术、产品和装备的研发，不断更新换代；2005年，研发出了拉挤－缠绕装备，能生产2600MPa级CFRP筋材；2012年，在国际上首创了拉挤－缠绕－绞合一体化连续生产装备，能高效、稳定、低成本的生产ＣFRP绞线产品。
项目组在HP-FRP制品与制造装备方面实现重大突破，产品出口到20多个国家和地区，技术水平和市场占有率均居国内首位。
此外，在HP-FRP结构加固技术和新型结构技术的研究中取得新突破，相继建成国内首座CFRP拉索斜拉桥、国内首栋CFRP悬挂建筑、国内首个万米级全FRP工业防腐平台、国内首个全FRP桁架桥，为HP-FRP在土木工程中应用起到了重要的示范作用，奠定了其大规模工程应用的技术基础。
在中国有3000多家专业公司采用了本项目的研究成果。
项目组研发了5类HP-FRP材料、3大系列6个品种65个型号的专用制造装备，获得9件国内发明专利、31件实用新型专利、1项国家级工法，3项专有技术；主编国家标准4部、行业标准6部；出版专著5部，发表论文254篇，其中SCI收录11篇，EI收录57篇，中文核心180篇，研究论著在国内外主要期刊数据库中被他人引用共5001次，得到国内外同行的高度评价，并被美国国家标准引用，取得了多项国际领先水平的技术成果。
纤维增强复合材料
纤维增强复合材料在工程结构中的应用一、FRP材料简介：纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer／plastic，简称FRP) 是由纤维材料与基体材料按一定定工艺复合形成的高性能新型材。
初期主要应用于航空、航天、国防等高科技领域，广泛应用于航天飞机、军舰、潜艇等军事装备上。
20世纪下半叶，随着FRP材料制造成本的降低，又因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，成为土木工程的一种新型结构材料。
目前，在土木工程中应用的FRP材料主要有碳纤维增强复合材料(cFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)三种。
近年来，PBO纤维和玄武岩纤维也开始应用于土建工程中，并取得了良好的效果。
目前，FRP材料在我国土木工程中应用最多的是用于结构加固补强。
FRP加固修复技术的研究和应用已在我国逐渐展开，且正在以高速度发展。
在新建工程结构中，FRP结构和FRP组合结构的应用也日益受到工程界的重视。
FRP材料在土木工程中的应用和研究已成为了一个新的热点。
二、FRP材料的优点：1、有很高的比强度，即通常所说的轻质高强，因此采用FRP材料可减轻结构自重。
在桥梁工程中，使用FRP结构或FRP组合结构作为上部结构可使桥梁的极限跨度大大增加。
理论上，用传统结构材料桥梁的极限跨度在5000 m以内，而上部结构使用FRP结构可达8000 m以上，有学者已经对主跨长达5000 m的FRP悬索桥进行了方案设计和结构分析E8]。
在建筑工程中，采用FRP材料的大跨空间结构体系的理论极限跨度要比传统材料结构大2～3倍，因此，FRP结构和FRP组合结构是获得超大跨度的重要途径。
在抗震结构中，FRP 材料的应用可以减轻结构自重，减小地震作用。
另外，FRP材料的应用也能使结构的耐疲劳性能显著提高。
2、有良好耐腐蚀性，FRP可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，这是传统结构材料难以比拟的。
在美国每年因钢材腐蚀造成的工程结构损失高达700亿美元，近1／6的桥梁因钢筋锈蚀而严重损坏；加拿大用于修复因老化损坏的工程结构的费用达490亿加元；我国目前因钢材锈蚀而造成的损失也在逐年增加。
一种高性能纤维复合材料及其制备方法[发明专利]
![一种高性能纤维复合材料及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bf98d4ccf605cc1755270722192e453610665b2d.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810763076.8(22)申请日 2018.07.12(71)申请人 合肥连森裕腾新材料科技开发有限公司地址 230000 安徽省合肥市经济技术开发区翡翠路447号翡翠花园四期7幢702室(72)发明人 程华风 (74)专利代理机构 北京华仲龙腾专利代理事务所(普通合伙) 11548代理人 李静(51)Int.Cl.C08L 23/06(2006.01)C08L 63/00(2006.01)C08L 77/00(2006.01)C08K 7/06(2006.01)C08K 7/14(2006.01)C08K 5/10(2006.01)(54)发明名称一种高性能纤维复合材料及其制备方法(57)摘要一种高性能纤维复合材料，以重量计，包括以下原料：高强碳纤维织物30-40份；超强聚乙烯纤维织物11-17份；环氧树脂5-14份；尼龙增韧剂8-14份；玻璃纤维5-10份；黑色母3-8份；钛酸酯偶联剂3-10份；聚酰胺树脂3-9份。
本发明的有益效果是具有材质轻、抗弯曲应力强、弹性模量高、抗冲击韧性强、能抗紫外线、耐高温、而且制造成本低等优点。
权利要求书1页 说明书5页CN 108774350 A 2018.11.09C N 108774350A1.一种高性能纤维复合材料，其特征在于，以重量计，包括以下原料：高强碳纤维织物 30-40份；超强聚乙烯纤维织物 11-17份；环氧树脂 5-14份；尼龙增韧剂 8-14份；玻璃纤维 5-10份；黑色母 3-8份；钛酸酯偶联剂 3-10份；聚酰胺树脂 3-9份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能纤维复合材料，其特征在于，以重量计，包括以下原料：高强碳纤维织物 32-27份；超强聚乙烯纤维织物 13-15份；环氧树脂 8-11份；尼龙增韧剂 9-13份；玻璃纤维 7-9份；黑色母 4-7份；钛酸酯偶联剂 4-9份；聚酰胺树脂 4-8份。
高性能纤维复合材料的制造技术研究
高性能纤维复合材料的制造技术研究随着科技的不断进步，材料工程领域也日益发展。
高性能纤维复合材料作为材料工程领域中的一项重要成果，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优良特性，在航空、汽车、船舶等众多行业得到广泛应用。
本文主要分析高性能纤维复合材料的制造技术研究和未来发展趋势。
一、高性能纤维复合材料简介高性能纤维复合材料由纤维、基体和增强材料组成。
其中，纤维一般使用碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等高强度、高模量的纤维作为增强材料，基体可以是树脂、金属或陶瓷等，增强材料则是在基体中加入助剂改进性能的材料。
高性能纤维复合材料在制造工艺方面有热塑性和热固性两种方法，其中热固性是主流方法。
由于高性能纤维复合材料具有明显的优点，因此在新能源、高速运输、航空、航天等领域得到广泛应用，并在高强度、高性能、高品质等要求较高的场合中表现出其极大的优势。
二、高性能纤维复合材料的制造技术研究1.纤维基体复合成型技术随着科技的发展，制造高性能纤维复合材料的技术越来越成熟，但是由于传统制造工艺的局限性以及市场对新型材料的需求逐渐增加，纤维基体复合成型技术应运而生。
纤维基体复合成型技术是把干燥的纤维与涂有新材料的基体一起塑造，通过压缩和热处理将其固定在一起。
这种工艺方法可以大大减少生产过程中的劳动和时间，同时减少材料的浪费和成本。
2.提高纤维强度的手段虽然纤维在高性能纤维复合材料中是作为增强材料的，但是纤维本身的强度对于材料的整体强度也有着不可忽略的影响。
因此，提高纤维的强度一直是高性能纤维复合材料制造技术的研究重点之一。
目前，研究人员已经通过改变纤维的结构和化学成分等手段，成功提高了纤维的强度和性能。
3.改进基体的性能高性能纤维复合材料的基体可以是各种不同的材料，但是随着科技的发展，各种材料的特性也在不断改进。
比如，在树脂基体中加入了一些纳米材料，可以增强基体的硬度和强度；在金属基体中加入杂质元素，既能提高硬度，又能减轻金属的重量，让增强材料发挥更大的优势；在陶瓷基体中加入各种助剂，能够显著提高其耐磨性和耐腐蚀性等。
【碳材料】第三章-高性能炭纤维及其复合材料-PAN碳纤维
二、碳纤维的设计理念
高取向 highly orientation：
石墨层片沿纤维轴向高度取向 孔隙结构呈高长径比沿纤维轴向高度取向
多乱层 wrinkled crystal planes：
石墨层片在纤维径向呈犬牙交错的乱层结构或 涡卷结构
低缺陷 low defects:
尽可能少的孔隙和微晶缺陷
Axis of fiber
T400的透射电镜照片
1 1 sin2 ()
E e1
g
sin2
0
/2
(
2
) sin2 () cos()d
/2
0
(
2
)
cos ( )d
2m
（Ф为微晶层片与纤维轴夹角）
2cg sin(2m )
（Фm为x射线方位角扫描测定的衍射峰半高 宽，等同于微晶晶面与纤维轴的平均夹角）
b.相反地当DMSO浓度↓，凝固温度↑ ，来不及整体凝胶化， 所以在膨胀体表面上形成无规则的相分离，而粗的膨胀体 表面形成大面积凝固层在继续牵伸过程中不断破碎，从而 形成表面沟槽结构及大量空洞。这一点不管是干法湿法都 有不同程度的表现，但湿法极为严重。
24
2.3 高倍牵伸提高分子取向
逐级热水牵伸：60－95℃ 高压饱和水蒸气牵伸：0.3－0.6MPa
（单级或多级） 牵伸倍数：15倍左右 分子沿轴向择优取向度：85%
25
2.4特殊耐热油剂
油剂要求： 亲水性 适度表面张力 耐高温（300℃以下不分解）
基本成份：聚硅氧乙烷 改性方法： 氨基改性 环氧改性 聚醚改性
PAN原丝结构
原丝由原纤组成
微原纤中的折叠链结构
原丝的结构模型
晶区与非晶区结构及晶区取向
高性能纤维复合材料
高性能纤维复合材料高性能纤维复合材料是一种具有优异性能的材料，由高强度纤维和基体材料组成，通过特定工艺制备而成。
它具有轻质高强度、硬度高、耐热耐腐蚀、抗冲击等特点，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域有着广泛的应用。
高性能纤维是制备高性能纤维复合材料的关键材料，常用的高性能纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
其中，碳纤维是最常用的高性能纤维，具有高强度、高模量、低密度等优点，是制备高性能纤维复合材料的首选材料。
玻璃纤维是一种广泛应用的结构纤维，具有良好的耐热性和耐腐蚀性，可用于制备高性能纤维复合材料的基体。
高性能纤维复合材料的制备主要包括预浸料制备和复合材料成型两个步骤。
预浸料制备时，将高性能纤维浸渍于树脂中，形成具有一定固化度的预浸料，以便于后续成型。
复合材料成型时，将预浸料按照设计要求叠层叠压，并通过热压或热固化处理使其固化成型。
高性能纤维复合材料的性能优异，主要归功于其复合材料的结构和成分。
在高性能纤维复合材料中，纤维的方向性和基体的均匀性决定了其性能的优劣。
纤维的方向性使复合材料具有高强度和高刚度，而基体的均匀性保证了复合材料的整体力学性能。
此外，纤维与基体之间的粘合力也是影响复合材料性能的因素之一，较好的粘合力可以提高复合材料的界面强度和抗冲击性能。
高性能纤维复合材料在航空航天和汽车制造领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，它可以用于制造飞机机身、机翼和舵面等结构件，以提高飞机的整体性能和载荷能力。
在汽车制造领域，高性能纤维复合材料可以用于制造车身、底盘和发动机罩等部件，以提高汽车的安全性、节能性和减重效果。
此外，高性能纤维复合材料还可以用于制造体育器材，如高尔夫球杆、网球拍和滑雪板等，以提高运动器材的性能和使用寿命。
总之，高性能纤维复合材料具有轻质高强度、硬度高、耐热耐腐蚀、抗冲击等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
随着材料科学和制备技术的不断发展，高性能纤维复合材料将在更多领域发挥其独特的优势。
高性能纤维复合材料
高性能纤维复合材料高性能纤维复合材料是一种具有优异性能的新型材料，它是由高性能纤维和树脂基体组成的复合材料。
高性能纤维通常包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，而树脂基体则是起到粘合作用的材料，使纤维之间能够有效地传递载荷。
这种复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐磨损等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广泛的应用。
首先，高性能纤维复合材料的重量轻是其最大的优势之一。
由于高性能纤维具有很高的强度和刚度，所以在相同的强度要求下，所需的纤维量相对较少，从而使整体的重量大大减轻。
这一特点使得高性能纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用，例如航空器的结构件、发动机罩、襟翼等都可以采用这种材料来制造，从而提高了飞机的整体性能。
其次，高性能纤维复合材料的强度和刚度都非常高。
碳纤维是目前强度和刚度最高的纤维之一，它的拉伸强度是钢的几倍甚至几十倍，而且密度只有钢的四分之一。
因此，在需要轻量化和高强度的领域，如汽车、船舶等，高性能纤维复合材料也有着广泛的应用前景。
例如，一些高档汽车的车身和车架都采用了碳纤维复合材料，以实现轻量化和提高车辆的整体性能。
此外，高性能纤维复合材料还具有良好的耐腐蚀和耐磨损性能。
在一些特殊的环境下，如海水、酸雨等腐蚀性较强的环境中，金属材料容易受到腐蚀而失效，而高性能纤维复合材料则能够很好地抵抗这些腐蚀，保持良好的使用性能。
因此，在船舶、海洋工程等领域，高性能纤维复合材料也有着广阔的市场前景。
综上所述，高性能纤维复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐磨损等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和材料制备工艺的不断改进，相信高性能纤维复合材料会在更多领域展现出其优越的性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高性能纤维复合材料在海洋中应用ppt
1．1常用纤维
1．1．4 芳纶纤维：轻质、高拉伸强度、高模、高冲击、 耐疲劳和可编织性优良。怕水，怕光。 1．1．5 高强高模聚乙烯纤维：Spectra® ，比水轻。 其室温力学性能、耐水和耐化学腐蚀性能优于芳纶。 1．1．6 热塑性纤维：COMPET®，聚酯和尼龙热塑性 纤维。Treveria®,的热处理聚酯织物。可作为首层材料。 高强（刚度低于玻纤），轻质、价廉、耐冲击和疲劳性 能好，并有可能作为阻尼材料和隔舱材料。硬化时不放 热，适合于高厚度产品，提高了抗损伤容限和工艺性能， 但目前主要用于小船和休闲船。
碳纤维轴的优点 （1）重量轻；C/E复合材料轴比同尺寸的钢轴轻 25~80%。而大型舰船如护卫舰、驱逐舰上各钢 轴约占整船重量的2%(约100~200 t)。 （2）强度和刚度高。 （3)低热膨胀系数，尺寸稳定，适合经历高加速 度和得到最小运动惯量的产品。 (4)幅宽大，长跨距，减低轴承数量及重量，节省 船体轴承座结构，每段长度可达10米无支撑。
瑞典“维斯比”级全隐形护卫舰
东华大学早期船体制作
用WARI技术，制造6米小艇
碳纤维芳纶纤维混编高速艇
12m船艇制作（SCRIMP）
服役中45节揖私艇
3.2 复合材料在高速船舰 上层建筑上的应用
上层建筑采用复合材料有更多的优点, 上层建 筑容纳各种电子信息装备、武器装备、机电设备等， 承担着绝大部分的作战功能。复合材料的采用，减 轻了上层建筑的重量，而且通过在复合材料夹层里 嵌人有滤波功能的频率选择层，允许发射和接收预 定的频率，从而滤除敌方雷达电磁波。但由于上层 建筑结构复杂,技术上更困难.
3 、高性能纤维复合材料 在水面舰艇上的应用
水面舰艇包括：航空母舰、战列舰、巡洋 舰、驱逐舰、护卫舰、护卫艇、鱼雷艇、导弹 艇、猎潜艇、布雷舰、扫雷舰、登陆舰、两栖 攻击舰等；潜艇则有攻击型潜艇和战略潜艇等。 辅助战斗舰艇又称勤务舰艇，主要用于战斗保 障、技术保障和后勤保障，它包括：军事运输 舰船、航行补给舰船、维修供应舰船、医院船、 防险救生船、试验船、通信船、训练船、侦察 船等。
高性能纤维复合材料论文草稿
论文的要求：复合材料的最新研究进展，包括研究的情况。
重要的论点和结论，生产应用情况，存在的问题，和发展的方向。
现状近20多年来,金属基复合材料(MMCs)的研究与开发取得了很大的进展,早期的研究工作主要集中在连续纤维增强物(目前在这个领域的研究工作仍在进行),不久就发现由于连续纤维的成本较高、制备工艺复杂以及切削加工困难,从而限制了它的推广与应用.这导致了非连续增强复合材料,特别是颗粒增强MMCs的出现与发展[1].国内外对颗粒增强铝基复合材料的研究进行了大量的工作,并实现了商业性应用,相反,对颗粒增强镁基复合材料的制备技术及性能研究报道很少[2],仅限于搅拌铸造、粉末冶金、挤压铸造以及喷射沉积等技术制备外加颗粒增强镁基复合材料,至今未有内生颗粒增强镁基复合材料的报道.相对铝基复合材料而言,制约镁基复合材料发展的主要因素在于镁合金成本较高.但随着近年来镁合金价格的下降,实际上相同体积的镁合金比铝合金价格便宜10%~20%,而且镁合金的铸造、加工和回收成本都比铝合金低.而且在工程应用合金当中,镁合金的密度最低,约是铝合金的2/3,镁基复合材料因而具有更高的比强度、比刚度,同时还具有较好的耐磨性、耐高温及减震性能.此外,镁基复合材料还具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能,是良好的功能材料.因此镁基复合材料在电子、航空、航天特别是汽车工业中具有潜在的应用前景.颗粒增强镁基复合材料的制备技术1.1 粉末冶金法粉末冶金法是将陶瓷颗粒与微细纯净的镁合金粉末混合均匀后在模中冷压,除气后在真空中加热至固液两相区进行热压,最后挤压成型制得金属基复合材料的方法.粉末冶金法的特点是:对基体合金种类和增强体类型没有限制,且增强体颗粒在基体内分布均匀,可以制得高体积分数增强相的金属基复合材料.但此法工艺、设备复杂,成本较高,不易制备形状复杂的零件. 1.2 喷射沉积法在该工艺中,首先使液态镁合金在高压惰性气体喷射下雾化,形成熔融镁合金喷射流,同时将增强颗粒喷入熔融镁合金射流中,使液固两相混合并共同沉积到经预处理的衬底上,最终凝固得到颗粒增强镁基复合材料.该法制备的复合材料颗粒在基体中分布均匀、无偏聚、凝固迅速、无界面反应.由于颗粒与金属界面属机械结合,抗拉强度有待进一步提高.另外制备的复合材料一般存在孔洞,不适合生产近终形零件.1.3 半固态搅熔铸造法[3]顾名思义,半固态搅熔铸造法就是靠桨叶旋转产生的机械搅拌作用使半固态基体合金熔体形成的涡流来强制引入增强颗粒,在增强颗粒与先凝固的金属晶粒混合均匀后再升温浇铸,凝固后得到镁基复合材料的方法.传统的搅拌铸造法是在液态下搅拌,使得搅拌头后产生的负压使复合材料很容易吸气而形成气孔,另外增强颗粒与基体合金的密度不同易造成颗粒沉积和微细颗粒的团聚现象.而半固态成型可以减少宏观偏析,降低凝固收缩和成型温度,且陶瓷颗粒在基体内分布均匀.由于该工艺在很大程度上降低了镁在高温下的氧化烧损,且该工艺设备简单,成本低,最有希望用于大规模工业生产.1.4 熔体浸渗法熔体浸渗法包括压力浸渗,无压浸渗与负压浸渗.压力浸渗是先把陶瓷颗粒增强相预制成形,然后将基体熔体倾入,在一定的压力下使其浸渗到颗粒间隙而达到复合化的目的.其特点是可制备高体积分数的复合材料.无压浸渗是熔融镁合金在惰性气体保护下,不施加任何压力对压实后的陶瓷颗粒预制块进行浸渗,从而制备出陶瓷颗粒增强镁基复合材料.该工艺设备简单,成本低,但陶瓷增强相与镁合金基体之间的润湿性成了该工艺的关键技术.负压浸渗靠在陶瓷颗粒预制块下造成的真空产生的负压实现熔融镁合金对压实后的陶瓷颗粒预制块的浸渗.真空负压浸渗制备的SiCp/Mg复合材料中,SiC颗粒在镁基体中的分布均匀[4].目前颗粒增强镁基复合材料存在的问题( 1) 对于增强颗粒和基体的界面问题、复合机制等基础理论研究不足，不能有效控制增强颗粒和基体的界面行为，也不能很好地采用计算机模拟技术来优化材料设计。
一批高性能纤维及复合材料入围重点新材料应用示范指导目录
一批高性能纤维及复合材料入围重点新材料应用示范指导目录
作者：郝杰
来源：《纺织服装周刊》2021年第42期
日前，工业和信息化部在其官网公示了《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》（征求意见稿），一批高性能纤维及复合材料位列其中。
在膜材料中，高强度聚四氟乙烯（PTFE）中空膜入选;在其他先进化工材料中，耐高溫尼龙（PPA）材料、尼龙及复合材料、三醋酸纤维素（TCA）膜等榜上有名;在生物医用及高性能医疗器械用材料中，海藻纤维及应用、微创介入医疗中空纤维管上榜;在前沿新材料中，石墨烯改性无纺布等产品入围。
据介绍，新材料对推动产业技术升级有着非常重要的作用，但往往在首次推广应用时也面临诸多困难。
如新材料投入市场之初，需要经过长期的测试评价与应用考核，耗费较高的资金、时间成本，下游用户使用新材料也存在较大风险。
很多企业宁愿选择高价进口，或者牺牲一定的材料性能，也不愿意成为第一个“吃螃蟹”的人。
另一方面，材料性能如果不能在应用中不断完善，工艺技术无法迭代优化，那么一些关键的应用数据也就无法积累。
这种现象客观上导致了“有材不好用，好材不敢用”、生产与应用脱节、创新产品推广应用困难等问题出现。
为破解上述难题，2017年以来，工信部联合财政部和银保监会开展了重点新材料首批次应用保险补偿机制试点工作。
建立新材料首批次保险机制，旨在运用市场化手段，对新材料应用示范的风险控制和分担作出制度性安排，突破新材料应用的初期市场瓶颈，激活和释放下游产业对新材料产品的有效需求，加快新材料创新成果转化和应用。
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高性能纤维及复合材料
新材料全球交易网
（新材料全球交易网提供）高性能纤维及复合材料属于高分子复合材料，它是由各种高性能纤维作为增强体置于基体材料复合而成。
其中高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m3) 等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。
高分子复合材料与传统材料相比，具有更高的比强度、耐化学品和耐热冲击性，以及更大的设计灵活性。
按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。
高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。
高性能纤维及复合材料是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料，同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休闲等国民经济领域具有广泛的用途。
中国高性能纤维及复合材料自动铺带机工程化研制取得进展
人工、半自动人工铺放与自动铺放对比（资料图）
先进复合材料因比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀、可设计和工艺性好，成为飞机结构重要发展方向之一。
轻质、高强、性能优异的高性能纤维及复合材料成为理想的结构用材，并逐渐从小型、简单、次承力结构向大型、复杂、主承力结构过渡。
国外军机上复合材料用量普遍占结构重量的25%～50%；在民用领域，波音公司787飞机的复合材料用量达到50%，而A350XWB复合材料用量达到了创纪录的52%。
用于高性能纤维及复合材料结构制造的先进专用工艺装备在国外迅速发展，特别是基于预浸料的复合材料自动铺放设备，包括自动铺带机和铺丝机，已在国外最先进的战机和民机制造中得到广泛应用。
这些先进铺放装备具有人工/半自动人
工铺放所不可比拟的优点（对比如表1所示）。
复合材料铺放制造技术包括铺放装备技术、铺放CAD/CAM技术、铺放工艺技术、预浸料制备技术、铺放质量控制、一体化协同数字化设计等一系列技术，主要是自动铺放装备技术、应用软件技术以及材料工艺技术的融合集成。
其中自动铺放装备技术是整个技术的基础和核心，而铺放装备技术中最关键的是铺放头多功能集成技术和多坐标、多系统运动协同控制技术。
复合材料铺放制造过程为铺放头在多坐标联动控制下，快速准确地运动到复合材料将要铺放的模具表面，并按照铺放程序的指令准确、无误、高效、自动地完成装在专用卷轴上的预浸料（带或丝束）的铺放，包括完成送料、定位、切割、加热、压紧、回收等动作，保证铺放质量满足工艺要求。
欧美少数几个国家已具有较为成熟的复合材料自动铺放设备设计制造能力，研制了立式、卧式、龙门式、集成工业机器人等各种结构形式的复合材料自动铺带机和铺丝机，在机身、机翼、进气道等飞机大型复杂复材结构制造中得到应用，为提升高性能纤维及复合材料在军机和民机中的用量做出了重要贡献。
国内在该设备研制方面尚处于原理性研究和工程样机研制阶段。
国内航空企业陆续进口了几台复合材料自动铺带机，但适合复杂复合材料结构制造的铺丝机尚未实现零的突破。
中航工业制造所通过国际合作、集成创新，先后开展了高性能纤维及复合材料自动铺带机和自动铺丝机工程化研制，已取得阶段性成果和进展。
自动铺带机是小曲率、翼面结构的典型制造装备。
中航工业制造所研制成功的大型复合材料自动铺带机（如图1所示）由多坐标铺带头、高速移动横梁、高架桥式支撑平台等组成，配备X、Y、Z、A、C坐标轴，具有五轴联动功能，以满足自动铺带的基本运动要求。
图1 大型复合材料自动铺带机
设备关键精度指标达到国际先进水平，可适用于宽度75mm/150mm/300mm三种规格复合材料预浸带的两步法自动铺叠，加工范围可达到20000mm×6500mm×1200mm，最大直线坐标运动速度为40000mm/min。
该设备为国
内首台工程化应用级别的适合于飞机翼面类高性能纤维及复合材料结构制造的自动铺带机，已在部分新机复材机构研制中得到应用。
与人工铺叠相比，自动铺带机可提高效率、降低成本，通过对成形参数和技术指标的精确控制，保障构件质量的可靠性和稳定性。
但其存在不能实现大曲率结构铺叠、复杂曲面结构铺叠等局限。
针对该局限，中航工业制造所采取国际合作和自主创新两步走的技术路径，启动了复合材料丝束自动铺放机（铺丝机）研制进程。
通过进行国际合作开展集成创新，研制了国内第一台适合飞机大曲率复杂复合材料结构制造的自动铺丝机，现已在用户现场基本完成主体装配和调整。
后续将重点解决丝束铺放头、预浸丝束、铺放工艺等关键技术，突破设备、材料以及工艺技术，全面解决高性能纤维及复合材料铺放制造问题。
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