碳纤维复合材料和成型工艺 ppt课件
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《碳纤维材料》PPT课件
• （2）现场施工方便：没有湿作业和明火施工，占用场地 小，也不需要大型施工机具，因此施工方便、工效高、施 工质量容易得到保障。
• （3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟 囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点 的加固中，具有其他加固方式无法比拟的优势，与混凝土 的有效接触面积可达100％。
• • （2）加强结构粘结破坏面特性研究。 由于碳纤
维加固混凝土后, 粘结区域由多种材料的混合体组 成,各区域材料性能差异性较大, 结构的传力方式 和受力状态相当复杂、产生多种破坏模式, 而其中 的结构断裂碳纤维剥离破坏更加复杂, 因此必须加 强该方面的研究。
对碳纤维加固提出的建议
• （3）加强粘结胶的研究。 在碳纤维加固混凝土结构主要 是利用碳纤维优良物理力学性能对结构进行加固, 结构的 加固质量主要取决于碳纤维与混凝土两者之间粘结情况, 在混凝土一纤维粘结面如果能保证粘结质量就可以充分发 挥碳纤维作用, 否则就不能充分发挥碳纤维性能, 降低了 结构的加固效果。 碳纤维在600℃高温下性能保持不变, 在-180 ℃低温下仍具有很好的韧性, 适用性较广, 但对 于粘结胶, 当温度超过60 ℃ 时就开始软化, 温度超过 80℃ 时强度明显降低, 目前我国对粘结胶的研究较少, 还不成熟没有形成统一的标准, 因此需要加强对粘结胶的 研究、开发及应用, 如抗高温胶和抗低温胶等, 从而扩大 实际工程的应用范围。
• (2)施工便捷,施工工效高,没有湿作业,不需大型 施工工具,无需现场固定设施,施工占用场地少,成 品幅宽可以为20 cm, 30 cm, 50 cm, 100 cm,每卷长 度50～100 m,现场使用时可以根据需要用剪刀或 刀片裁剪。粘贴碳纤维材料法是粘贴钢板施工工 效的4～8倍。
• （3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟 囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点 的加固中，具有其他加固方式无法比拟的优势，与混凝土 的有效接触面积可达100％。
• • （2）加强结构粘结破坏面特性研究。 由于碳纤
维加固混凝土后, 粘结区域由多种材料的混合体组 成,各区域材料性能差异性较大, 结构的传力方式 和受力状态相当复杂、产生多种破坏模式, 而其中 的结构断裂碳纤维剥离破坏更加复杂, 因此必须加 强该方面的研究。
对碳纤维加固提出的建议
• （3）加强粘结胶的研究。 在碳纤维加固混凝土结构主要 是利用碳纤维优良物理力学性能对结构进行加固, 结构的 加固质量主要取决于碳纤维与混凝土两者之间粘结情况, 在混凝土一纤维粘结面如果能保证粘结质量就可以充分发 挥碳纤维作用, 否则就不能充分发挥碳纤维性能, 降低了 结构的加固效果。 碳纤维在600℃高温下性能保持不变, 在-180 ℃低温下仍具有很好的韧性, 适用性较广, 但对 于粘结胶, 当温度超过60 ℃ 时就开始软化, 温度超过 80℃ 时强度明显降低, 目前我国对粘结胶的研究较少, 还不成熟没有形成统一的标准, 因此需要加强对粘结胶的 研究、开发及应用, 如抗高温胶和抗低温胶等, 从而扩大 实际工程的应用范围。
• (2)施工便捷,施工工效高,没有湿作业,不需大型 施工工具,无需现场固定设施,施工占用场地少,成 品幅宽可以为20 cm, 30 cm, 50 cm, 100 cm,每卷长 度50～100 m,现场使用时可以根据需要用剪刀或 刀片裁剪。粘贴碳纤维材料法是粘贴钢板施工工 效的4～8倍。
碳纤维特性及其加工工艺产品介绍(PPT44张)
预氧化
热氧稳定化通称预氧化,其目的是使 热塑性PAN线性大分子链转化为非 塑性的耐热梯形结构，从而使纤维在 高温碳化下不熔不燃，继续保持纤维 状态。 预氧化处理可以提高炭纤维的收率和 力学性能，是制备炭纤维的一个重要 步骤。 梯形升温预氧化是当前工业化生产所 普遍采用的。
过程：一般将纤维在空气下加热至约 270℃，保温0.5h~3h，聚丙烯腈纤维的 颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后 形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈 线性高分子受热氧化后，外层和核芯区 形成耐热梯形高分子的结果。
预氧化后的纤维呈黑色，遇
火也不燃烧，也称为预氧纤 维，可做防火织物、密封材 料等，现已成为一个独立的 工业产品。
碳化
将预氧化纤维在高纯氮(99.99％以上)气氛 下进行高温处理（1600℃ ），一方面将非 碳原子在炭化时以挥发物(如HCN，NH3， CO2，CO，H2O，N2等)方式除去，同时 使预氧纤维向炭纤维结构转变。
Corcel N°1
碳纤维的材质让这款浴缸更为结实难用，并在表面 附着一层铂金，更显得在简约中透露着些许奢华。
碳纤维马桶
碳纤维头盔
强度高 重量轻 提高车速 降低油耗
碳纤维地暖
The End
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
表面处理
表面处理聚丙烯腈基炭纤维的主 要用途是与树脂复合做结构材料 用，也加入金属或陶瓷、水泥等 基体中，构成碳纤维增强复合材 料。 炭纤维表面经氧化处理后，表面 积增大，提高炭纤维与树脂的结 合牢度和层间剪切强度。
㈠ ①气相氧化法 ②液相氧化法 臭氧氧化法 ③湿法阳极氧化法 ④等离子体氧化法 ⑤表面涂层改性法 ㈡复合表面处理法 在炭纤维表面涂一层指定的 浆料以便与基质(如树脂、炭 或金属等)更好地结合。
碳碳复合材料ppt课件
循环浸渍－碳化曲线反映了浸渍－碳化工艺特点：
❖ 在进行1～3次浸渍碳化时，复合材料的密度增加较快， 从预制体密度（约1.2～1.3g/cm3）增加到1.6g/cm3以上；
❖ 从第四次循环浸渍碳化开始，则每次复合材料的密度增 加相对较慢。
❖ 为了减少浸渍－碳化次数，提高浸渍碳化效率和改善复 合材料的性能，一般采用真空压力浸渍工艺，形成了压 力浸渍碳化工艺（PIC, Pressure Impregnation Carbonization）。并且在沥青液态浸渍－碳化工艺中得 到应用。
沥青碳化率＝0.95QI＋0.85(BI-QI)+(0.3-0.5)BS
因此，沥青的碳化率随高分子量芳香族化合物的含量增加而增加。 最高的碳化率达90％，但与碳化时的压力有关。当碳化压力增强时， 低分子量物质挥发气化，并在压力下热解得到固态沥青碳。
★ 沥青碳化特性
★ 沥青碳化特性
沥青的压力碳化经历以下过程：
沥青液态压力浸渍－碳化 工艺是在常压、250℃下先浸 渍，然后在此温度下加压至 100MPa压力下继续浸渍，再 此压力下经650℃碳化。
同样需经历多次PIC工艺 使/C复合材料致密化。
● HIPIC工艺
HIPIC工艺是热等静压浸 渍碳化工艺（Hot Isostatic Pressure Carbonization）,即 在等静压炉中进行PIC工艺。
沥青、树脂浸渍-碳化与CVD裂解碳填充孔隙的区别
C/C复合材料CVD/CVI工艺的种类主要有：
❖ 等温 (Isothermal)法； ❖ 压力梯度 (Pressure gradient)法； ❖ 温度梯度(Thrmal gradient)法； ❖ 化学液气相沉积法（Chemical Liquid Vapour
碳纤维PPT演示课件
12
（3） 疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材 料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交 变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的 30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂 纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性， 复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的 70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
13
10
根据使用要求和热处理温度的不同﹐碳纤 维分为耐燃纤维﹑碳纤维和石墨纤维。例 如 300～350℃ 热处理时得耐燃纤维 ﹔1000～1500℃ 热处理时得碳纤维﹐含碳 量为 90～95％﹔碳纤维经 2000℃以上高 温处理可以制得石墨纤维﹐含碳量高达 99 ％以上。
11
碳纤维的优缺点
碳纤维材料与其他加固材料对比 （1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢 材的10倍。 （2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹 性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合 材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和 四分之一。
18
（4）运动器材 用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、
曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓
杆、滑雪板、雪车等。
19
碳纤维自行车
20
（5）土木建筑 幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度 大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地 板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌 板、抗震救灾用补强材料。
21
利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高 承载力及延长寿命是目前比较流行的方法， 在建筑业中有着广泛的发展前景。
2
碳纤维概念
碳纤维是复合材料 碳纤维是一种纤维状碳材料。呈黑色，坚 硬，是一种强度比钢的大、密度比铝的小、 比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、 又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、 热学和力学性能的新型材料。
（3） 疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材 料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交 变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的 30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂 纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性， 复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的 70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
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根据使用要求和热处理温度的不同﹐碳纤 维分为耐燃纤维﹑碳纤维和石墨纤维。例 如 300～350℃ 热处理时得耐燃纤维 ﹔1000～1500℃ 热处理时得碳纤维﹐含碳 量为 90～95％﹔碳纤维经 2000℃以上高 温处理可以制得石墨纤维﹐含碳量高达 99 ％以上。
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碳纤维的优缺点
碳纤维材料与其他加固材料对比 （1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢 材的10倍。 （2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹 性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合 材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和 四分之一。
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（4）运动器材 用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、
曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓
杆、滑雪板、雪车等。
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碳纤维自行车
20
（5）土木建筑 幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度 大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地 板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌 板、抗震救灾用补强材料。
21
利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高 承载力及延长寿命是目前比较流行的方法， 在建筑业中有着广泛的发展前景。
2
碳纤维概念
碳纤维是复合材料 碳纤维是一种纤维状碳材料。呈黑色，坚 硬，是一种强度比钢的大、密度比铝的小、 比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、 又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、 热学和力学性能的新型材料。
碳纤维复合材料PPT课件
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
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。
T-50-221-44
X-y向
Z向
1.9
ATJ-5 结晶向 ⊥结晶向
1.83
拉伸强度 24
140
126
39.6
30.5
/MPa
2500
280
231
54.3
43.4
抗拉模量 24
59.4
52.4
11.7
7.8
/GPa
2500 40.9
30.5
11.2
7.4
断裂延伸率 24
0.18
0.2
0.45
0.54
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。
缺点：沉积碳的阻塞作用形成很多封闭的 小空隙，得到的C/C复合材料密度低。
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
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。
6.5.3 其他方面的应用
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
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。
T-50-221-44
X-y向
Z向
1.9
ATJ-5 结晶向 ⊥结晶向
1.83
拉伸强度 24
140
126
39.6
30.5
/MPa
2500
280
231
54.3
43.4
抗拉模量 24
59.4
52.4
11.7
7.8
/GPa
2500 40.9
30.5
11.2
7.4
断裂延伸率 24
0.18
0.2
0.45
0.54
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。
缺点：沉积碳的阻塞作用形成很多封闭的 小空隙，得到的C/C复合材料密度低。
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
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。
6.5.3 其他方面的应用
碳纤维的制作过程 ppt课件
聚合物的线性结构使分子间排列得十分 紧密，在单位体积内可容纳很多聚合物分子。 这种高的密实性使纤维具有较高的强度。
苯环结构由于环内电子的共轭作用，使 纤维具有化学稳定性，不发生高温分解。又 由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的 本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性。
10.2.2 芳纶纤维的基本性能
1972年又研制了以PRD--49命名的主缆纤要、维用涂。于漆绳织索物、、电带
1973年正式登记的商品名称为AR和AM带I状D纤物维，。以及防 弹背用心于等航。空、
ARAMID纤维包括三种牌号的产品，宇并航重、改造名船称。
PRD--49--IV改称为芳纶--29；
工业的复合 材料制件。
PRD--49--III改称为芳纶--49；
强度损失(%)
Kevlar-29 Kevlar-49
3
1
1
0
1.5
0
4.6
0
9.9
0
0
2
1.5
1.5
9.3
28
0
3.6
10.3 芳纶纤维的制造
1. 聚对苯撑对苯二甲酰胺的聚合
两个阶段
第一阶段
对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩 聚成对苯撑对苯二甲酰胺的聚合体。
第二阶段
聚合体溶解在溶剂中再进行 纺丝，制得所需要的纤维材料。
液相氧化的效果比气相氧化法好，条件适当时，复合材 料的剪切强度可增加1倍以上，而纤维的强度仅略有下降。
原因：液相时只氧化纤维表面，而气相氧化剂可能渗 透较深，尤其在表面有微裂和缺陷处。
但液相氧化多为间歇操作，处理时间长，操作繁 杂，难以和碳纤维生产线直接相连接。
10 芳纶纤维
10.1 概述 10.2 芳纶纤维的结构与特性 10.3 芳纶纤维的制造 10.4 凯芙拉纤维的制品 10.5 芳纶纤维及其复合材料的应用
苯环结构由于环内电子的共轭作用，使 纤维具有化学稳定性，不发生高温分解。又 由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的 本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性。
10.2.2 芳纶纤维的基本性能
1972年又研制了以PRD--49命名的主缆纤要、维用涂。于漆绳织索物、、电带
1973年正式登记的商品名称为AR和AM带I状D纤物维，。以及防 弹背用心于等航。空、
ARAMID纤维包括三种牌号的产品，宇并航重、改造名船称。
PRD--49--IV改称为芳纶--29；
工业的复合 材料制件。
PRD--49--III改称为芳纶--49；
强度损失(%)
Kevlar-29 Kevlar-49
3
1
1
0
1.5
0
4.6
0
9.9
0
0
2
1.5
1.5
9.3
28
0
3.6
10.3 芳纶纤维的制造
1. 聚对苯撑对苯二甲酰胺的聚合
两个阶段
第一阶段
对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩 聚成对苯撑对苯二甲酰胺的聚合体。
第二阶段
聚合体溶解在溶剂中再进行 纺丝，制得所需要的纤维材料。
液相氧化的效果比气相氧化法好，条件适当时，复合材 料的剪切强度可增加1倍以上，而纤维的强度仅略有下降。
原因：液相时只氧化纤维表面，而气相氧化剂可能渗 透较深，尤其在表面有微裂和缺陷处。
但液相氧化多为间歇操作，处理时间长，操作繁 杂，难以和碳纤维生产线直接相连接。
10 芳纶纤维
10.1 概述 10.2 芳纶纤维的结构与特性 10.3 芳纶纤维的制造 10.4 凯芙拉纤维的制品 10.5 芳纶纤维及其复合材料的应用
碳纤维材料ppt课件
3
碳纤维材料
化学性质
4
碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知
道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。
化
碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化
学
剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温
性 质
度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与 CO2。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具 有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔
3、真空袋热压法。在模具山叠层，并覆上耐热薄膜，利用柔软的口袋 向叠层施加压力，并在热压灌中固化。
4、缠绕成型法。将碳纤维单丝缠绕在碳纤维轴上，特别适用于制作圆 柱体和空心器皿。
5、挤拉成型法。先将碳纤维完全浸润，通过挤拉除去树脂和空气，然 后在炉子里固化成型。这种方法简单，适用于制备棒状、管状零件。
第二、预氧化（聚丙烯腈纤维200到300℃）、不融化（沥青200到400℃）或热处理 （粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。
23
第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶 纤维400到2000℃。 第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维 3000到3200℃。 第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲 和性。 第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不 同的断面结构。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
9
六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
碳纤维材料
化学性质
4
碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知
道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。
化
碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化
学
剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温
性 质
度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与 CO2。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具 有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔
3、真空袋热压法。在模具山叠层，并覆上耐热薄膜，利用柔软的口袋 向叠层施加压力，并在热压灌中固化。
4、缠绕成型法。将碳纤维单丝缠绕在碳纤维轴上，特别适用于制作圆 柱体和空心器皿。
5、挤拉成型法。先将碳纤维完全浸润，通过挤拉除去树脂和空气，然 后在炉子里固化成型。这种方法简单，适用于制备棒状、管状零件。
第二、预氧化（聚丙烯腈纤维200到300℃）、不融化（沥青200到400℃）或热处理 （粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。
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第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶 纤维400到2000℃。 第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维 3000到3200℃。 第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲 和性。 第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不 同的断面结构。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
9
六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料是近几十年来开发的先进材料，具有较高的强度和刚度，特别是在结构轻量化和高性能应用，以及机械和航空航天等领域深受
欢迎，成为现代工业中不可或缺的一部分。
本文将对碳纤维复合材料的性
能进行深入的研究，并探讨其在现代工业中的应用。
一、碳纤维复合材料概述
碳纤维复合材料是一种复合材料，是由碳纤维和其它种类复合而成的
材料。
它由高分子材料和短碳纤维组成，碳纤维可以是碳素物质的任何形式，也可以是合成或天然碳纤维。
由于碳纤维具有较高的强度和弹性系数，所以具有良好的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度，在结构轻量化和高性
能等领域得到广泛应用。
二、碳纤维复合材料的特点
碳纤维复合材料具有较高的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度。
碳纤
维复合材料的重量轻、密度小，比强度高，比模量大，具有良好的抗冲击性，弹性恢复性能好，抗潮解能力强，耐腐蚀性好。
此外，碳纤维复合材
料易于加工，可以用钻孔、切削、冲压、热成型等加工方法制作成各种复
杂结构的零件。
三、碳纤维复合材料在现代工业中的应用。
碳纤维复合材料和成型工艺
碳纤维复合材料和成型工艺
碳纤维陶瓷复合材料
碳纤维复合材料和成型工艺
碳纤维复合材料和成型工艺
成型关键技术
铺层设计 表面质量分析 热缩工艺 预吸胶工艺
碳纤维复合材料和成型工艺
铺层设计
包括铺层角度、 铺层顺序、铺层的层数的设计，而且铺层设计是直 接决定材料性能和强度的主要工序。所以在构件的设计中要优先考 虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求，还要考虑其强度，并且要针对材 料的实际实用性和加工方式，所以一般的铺层方向都分为轴向和沿 管周铺设两种形式。尤其复合材料的各向异性十分突出，这就决定 了物理性和力学性都要集中在碳纤维轴向，碳纤维轴向与径向的线 膨胀系数为-0.3×10K和12×10K，所以通过不同的铺层比例设 计就可以得到膨胀系数。在计算中因基体树脂为同性材料，所以就 会忽略基体树脂的膨胀变形。当轴向纤维和径向纤维的层数比为3 ：2就可以使复合材料在轴向达到膨胀系数要求，最后在根据复合 材料杆的强度和铺层工艺性能要求来最后决定铺层的先后顺序。
碳纤维复合材料和成型工艺
热缩工艺
采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就是热 缩工艺，热缩工艺主要使树脂进行软化，当热缩管达到收 缩温 度的同时就会出现收缩变形的现象，并且口径发生缩 小并被压实。所以在高温固化的状态下热缩材料可以很好 的将热压力进 行传递，并可以消除皱折对复合辅助材料的 影响。热缩工艺需 要一定的温度环境，以保证收缩和压实 的质量。热缩工艺中最 重要的质量参数是加热时间和对温 度的控制。在确定热缩工艺 时以热缩材料的收缩性能为根 据，并充分考虑模具的热容滞后 因素，对具体的复合材料 制件灵活运用。热缩材料的主要方式 为外加热，使用设备 如酒精喷灯和热电吹风，如果条件允许可 以使用烤箱，所 以针对复合材料这一特点就要求在加热的时候 对温度严格 控制，保证低温和短时问加热，避免对热缩材料的 热缩方 式对树脂体系凝胶性能的影响。
碳纤维复合材料应用 ppt课件
PPT课件
4
汇报交流
3 复合材料分类
按基体分
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
按增强体分
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
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常见复合材料
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碳纤维复合材料分类
碳纤维增强热固性树脂复合材料（CFRTS） 碳纤维增强热塑性树脂复合材料（CFRTP） 碳纤维增强碳基复合材料（C/C） 碳纤维增强金属基复合材料（CFRM） 碳纤维增强陶瓷基复合材料（CFRC） 碳纤维增强橡胶基复合材料（CFRR） 碳纤维增强木材复合材料（CFRW）
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四、笔记本外壳现状
1 聚碳酸酯-工程塑料 （PC-ABS）
PC：优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能 ABS: 优良的加工流动性、耐磨性、染色性、成型加工性。万元以下 笔记本电脑中，70%采用的都是以ABS为主的工程塑料 优点：成本较低 、易于加工 、尺寸稳定性好，性价比高 缺点：质量较重 、散热性不佳
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3、工业领域的应用
① 风力发电 据预测，到2020年中国市场将需求超过2.5万台大 容量风机，合计需要CFCM 30000吨。
②碳纤维汽车 汽车传动轴、发动机罩、上下悬架臂等 ③石油开采 抽油杆、张力腿平台、管材等
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4、体育休闲 羽毛球拍、网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆 5、建筑补强
增强体（ reinforcement）——分散相
组成
基体（ matrix）——连续相
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2 复合材料特点
《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。
[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)
纤维缠绕成型的主要特点是， 纤维能保持连续完整，制件线形可 按制品受力情况设计即可按性能要 求配置增强材料，结构效率高，制 品强度高；可连续化、机械化生产， 生产周期短，劳动强度小；产品不 需机械加工，但设备复杂。
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
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
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碳纤维复合材料和成型工艺
班级：车辆1203班 学生：曹喻 学号：22
LOGO
背景：碳纤维在航天、军工、电子等 等诸多领域都有着很广泛的应用
意义：通过对碳纤维复合材料施工工 艺的介绍让大家对碳纤维复合材料有 更深刻的认识
第一部分：碳纤维复合材料 第二部分：成型关键技术
碳纤维复合材料
碳纤维树脂复合材料
碳纤维陶瓷复合材料
成型关键技术
铺层设计 表面质量分析 热缩序、铺层的层数的设计，而且铺层设计是直 接决定材料性能和强度的主要工序。所以在构件的设计中要优先考 虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求，还要考虑其强度，并且要针对材 料的实际实用性和加工方式，所以一般的铺层方向都分为轴向和沿 管周铺设两种形式。尤其复合材料的各向异性十分突出，这就决定 了物理性和力学性都要集中在碳纤维轴向，碳纤维轴向与径向的线 膨胀系数为-0.3×10K和12×10K，所以通过不同的铺层比例设 计就可以得到膨胀系数。在计算中因基体树脂为同性材料，所以就 会忽略基体树脂的膨胀变形。当轴向纤维和径向纤维的层数比为3 ：2就可以使复合材料在轴向达到膨胀系数要求，最后在根据复合 材料杆的强度和铺层工艺性能要求来最后决定铺层的先后顺序。
预吸胶工艺
预吸胶工艺就是将预压实工艺与热缩工艺 相互配合使用。 我们在进行固化前都在适 当的温度压力下对复合材料的叠层 进行吸 取树脂的工序，这样做的主要 目的是对复 合材料中的树 脂含量进行控制。
本道工序要达成俩个目的：①在压紧预浸料 叠层 的同时起到消除固化热是缩管和预浸料叠层之间 中的吸 胶材料，造成热缩管和预浸料叠层紧密相 接。 ②整个工序使热 缩管内壁和外壁效果相同 ，这样就保证了材料表面的光滑和平 整。预吸胶
热缩工艺
采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就是热 缩工艺，热缩工艺主要使树脂进行软化，当热缩管达到收 缩温 度的同时就会出现收缩变形的现象，并且口径发生缩 小并被压实。所以在高温固化的状态下热缩材料可以很好 的将热压力进 行传递，并可以消除皱折对复合辅助材料的 影响。热缩工艺需 要一定的温度环境，以保证收缩和压实 的质量。热缩工艺中最 重要的质量参数是加热时间和对温 度的控制。在确定热缩工艺 时以热缩材料的收缩性能为根 据，并充分考虑模具的热容滞后 因素，对具体的复合材料 制件灵活运用。热缩材料的主要方式 为外加热，使用设备 如酒精喷灯和热电吹风，如果条件允许可 以使用烤箱，所 以针对复合材料这一特点就要求在加热的时候 对温度严格 控制，保证低温和短时问加热，避免对热缩材料的 热缩方 式对树脂体系凝胶性能的影响。
表面质量分析
应用袋压工艺成型的管件经常会出现皱折、富胶等现象， 所以在进行复合材料铺层的同时必须对预浸料叠层块施加 足够的力，以保证避免出现复合材料松散和结构尺寸加厚 的问题。在工序中要注意在成型时期对各层复合材料进行 加压，保证树脂的排出。碳纤维复合材料的质量问题都出 现在加压的工序中，所以在操作时我们必须注意。在复合 材料叠层块压紧的过程中壁厚将减小，其周长也会相应的 减小，这时就会出现松弛纤维被压弯打折的情况，在加上 成型的预浸料叠层块原料本身就带有一定的皱折和条纹， 所以固化后自然会出现问题。所以在铺层工艺时一定要最 大限度的压实复合材料层，避免出现外观质量问题。在对 辅助材料的选择上一定要控制皱折率，其主要控制方法有 热缩工艺和预吸胶工艺。
工艺的主要控制参数都集中在温度，压力和恒温 时间几个方面，所以在整个工艺的制定过程中要 保证工艺的合理 性，在完成吸胶工序的同时，还 要达到压实的目的，同时更要减 少对复合材料凝 胶性的影响。
综述
通过对碳纤维复合材料的介绍和碳纤维复合材料成 型技术的分析，让大家对碳纤维复合材料有更深刻 的认识，也了解到手工铺层、 热压罐固化工艺是进 行碳纤维复合材料成型加工的最好方式，能保证材 料在固化后表面光滑，五皱折，更好的提高材料质 量。
班级：车辆1203班 学生：曹喻 学号：22
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背景：碳纤维在航天、军工、电子等 等诸多领域都有着很广泛的应用
意义：通过对碳纤维复合材料施工工 艺的介绍让大家对碳纤维复合材料有 更深刻的认识
第一部分：碳纤维复合材料 第二部分：成型关键技术
碳纤维复合材料
碳纤维树脂复合材料
碳纤维陶瓷复合材料
成型关键技术
铺层设计 表面质量分析 热缩序、铺层的层数的设计，而且铺层设计是直 接决定材料性能和强度的主要工序。所以在构件的设计中要优先考 虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求，还要考虑其强度，并且要针对材 料的实际实用性和加工方式，所以一般的铺层方向都分为轴向和沿 管周铺设两种形式。尤其复合材料的各向异性十分突出，这就决定 了物理性和力学性都要集中在碳纤维轴向，碳纤维轴向与径向的线 膨胀系数为-0.3×10K和12×10K，所以通过不同的铺层比例设 计就可以得到膨胀系数。在计算中因基体树脂为同性材料，所以就 会忽略基体树脂的膨胀变形。当轴向纤维和径向纤维的层数比为3 ：2就可以使复合材料在轴向达到膨胀系数要求，最后在根据复合 材料杆的强度和铺层工艺性能要求来最后决定铺层的先后顺序。
预吸胶工艺
预吸胶工艺就是将预压实工艺与热缩工艺 相互配合使用。 我们在进行固化前都在适 当的温度压力下对复合材料的叠层 进行吸 取树脂的工序，这样做的主要 目的是对复 合材料中的树 脂含量进行控制。
本道工序要达成俩个目的：①在压紧预浸料 叠层 的同时起到消除固化热是缩管和预浸料叠层之间 中的吸 胶材料，造成热缩管和预浸料叠层紧密相 接。 ②整个工序使热 缩管内壁和外壁效果相同 ，这样就保证了材料表面的光滑和平 整。预吸胶
热缩工艺
采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就是热 缩工艺，热缩工艺主要使树脂进行软化，当热缩管达到收 缩温 度的同时就会出现收缩变形的现象，并且口径发生缩 小并被压实。所以在高温固化的状态下热缩材料可以很好 的将热压力进 行传递，并可以消除皱折对复合辅助材料的 影响。热缩工艺需 要一定的温度环境，以保证收缩和压实 的质量。热缩工艺中最 重要的质量参数是加热时间和对温 度的控制。在确定热缩工艺 时以热缩材料的收缩性能为根 据，并充分考虑模具的热容滞后 因素，对具体的复合材料 制件灵活运用。热缩材料的主要方式 为外加热，使用设备 如酒精喷灯和热电吹风，如果条件允许可 以使用烤箱，所 以针对复合材料这一特点就要求在加热的时候 对温度严格 控制，保证低温和短时问加热，避免对热缩材料的 热缩方 式对树脂体系凝胶性能的影响。
表面质量分析
应用袋压工艺成型的管件经常会出现皱折、富胶等现象， 所以在进行复合材料铺层的同时必须对预浸料叠层块施加 足够的力，以保证避免出现复合材料松散和结构尺寸加厚 的问题。在工序中要注意在成型时期对各层复合材料进行 加压，保证树脂的排出。碳纤维复合材料的质量问题都出 现在加压的工序中，所以在操作时我们必须注意。在复合 材料叠层块压紧的过程中壁厚将减小，其周长也会相应的 减小，这时就会出现松弛纤维被压弯打折的情况，在加上 成型的预浸料叠层块原料本身就带有一定的皱折和条纹， 所以固化后自然会出现问题。所以在铺层工艺时一定要最 大限度的压实复合材料层，避免出现外观质量问题。在对 辅助材料的选择上一定要控制皱折率，其主要控制方法有 热缩工艺和预吸胶工艺。
工艺的主要控制参数都集中在温度，压力和恒温 时间几个方面，所以在整个工艺的制定过程中要 保证工艺的合理 性，在完成吸胶工序的同时，还 要达到压实的目的，同时更要减 少对复合材料凝 胶性的影响。
综述
通过对碳纤维复合材料的介绍和碳纤维复合材料成 型技术的分析，让大家对碳纤维复合材料有更深刻 的认识，也了解到手工铺层、 热压罐固化工艺是进 行碳纤维复合材料成型加工的最好方式，能保证材 料在固化后表面光滑，五皱折，更好的提高材料质 量。