碳纤维复合材料要点

分类
按基体材料分类
碳纤维增强陶瓷基
C/C
碳纤维增强金属基
碳纤维增强树脂基
(1) 碳纤维增强陶瓷基复合材料 用碳纤维增强陶瓷可有效改善韧性，改变陶 瓷脆性断裂形态，同时阻止裂纹在陶瓷基体 中的迅速传播、扩展。目前国内外比较成熟 的碳纤维增强陶瓷材料是碳纤维增强碳化硅 材料，在航空发动机、可重复使用航天飞行 器等领域广泛应用。
碳纤维复合材料的发展和战略地位
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。世界各国均把发展高 性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民 品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电 子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。
(2) C/C 复合材料 它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复 合材料构成，主要由各类碳组成，即纤维碳、 树脂碳和沉积碳。 这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、 抗氧化和耐磨损等特性外，还具有较高的断 裂韧性和假塑性。在高温环境中，强度高、 不熔不燃，广泛应用于导弹弹头，固体火箭 发动机喷管以及飞机刹车盘等领域。
碳纤维复合材料
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目录
研 市 应 制 物 分 优 组 简 究 场 用 备 理 类 势 成 介 方 工 化 及 向 艺 学 结 构 性 能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
简介
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，使复合材料领 域呈现出一派勃勃生机。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代 初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志 着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合 材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国 的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分，并已逐步形成垄断优势。
我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料我 国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳 纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。
组成及结构
由碳纤维增强树脂、金属、陶瓷等基体材 料，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。 其中最主要的成分是其增强材料碳纤维。
（6）施工质量易于保证。碳纤维布是柔性材料，即使被加 固构件的表面不是非常平整，经过修补后，有效粘贴率可 达到95%以上。 （7）对结构影响小。碳纤维材料重量轻，厚度薄，经加固 修补后的构件，基本上不增加原结构的自重及尺寸，不影 响结构的使用空间。 （8）适用范围广。混凝土构件、钢结构、木结构均可进行 加固。混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固。 隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。受盐害的混 凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。 除此之外，碳纤维材料还有其他的一些优势，如透 电磁波、绝缘、隔热等，这就使得碳纤维加固技术在混凝 土结构加固方面产生良好的综合效益。
(3) 碳纤维增强金属基复合材料 碳纤维增强金属基复合材料具有高的比强度 和比模量，高的韧性和耐冲击性能。目前碳 纤维增强铝、镁基复合材料的制备技术比较 成熟。
(4) 碳纤维增强树脂基复合材料 (CFRP) 它具有轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力 学性能优良等特点，被广泛应用作结构材料 及耐高温烧蚀材料。
碳纤维材料结构示意图
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种维， 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。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不 熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化 处理及石墨化等工艺制成的。
碳纤维复合材料 - 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
碳纤维复合材料加固混凝土结构技术是一种新型、高效、不影响原结构 的外观的结构加固技术。工程中采用的碳纤维加固混凝土结构技术是利 用树脂胶结材料，将碳纤维材料粘贴于混凝土结构表面，通过二者协同 受力，达到加固目的。与传统的加固方法相比，碳纤维加固技术具有以 下的优良性能： （1）高强度高弹性模量。碳纤维的抗拉强度高，极限抗拉强度约为钢材的 10倍，弹性模量和钢材相近。因此，在加固修补混凝土结构中可以充分 利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和 延性，改善其受力性能，达到加固修补的目的。 （2）重量轻，密度只有普通钢材的1/4。 （3）耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏，解决了其 他加固方法所遇到的化学腐蚀问题；同时也免去了粘钢加固所需的定期 防锈维护，节省维护费用。 （4）热膨胀系数小。碳纤维材料的热膨胀系数非常小，其在纤维方向的热 膨胀系数几乎等于零，这一特性是目前其他任何材料无可比拟的，垂直 于纤维方向的热膨胀系数虽然比较大，但各向同性制品与其它材料相比 又最小。 （5）施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。碳纤维布加固不需要 大型施工机械和重型设备，施工占用场地少，无湿作业，碳纤维布柔性 好，可以根据设计尺寸用剪刀或刀片将其任意裁剪，操作简单，施工速 度快，粘贴碳纤维的加固工效是粘钢加固工效的4～8倍。