碳纤维复合材料的制备及其发展

化工材料及应用

碳纤维复合材料的制备及其发展

1

目录

1摘要： (3)

2引言 (3)

2.1产品简介 (3)

2.2生产方法 (3)

2.2.1手糊成型工艺 (3)

2.2.2 喷射成型工艺 (3)

2.2.3注射成型 (4)

2.2.4 纤维缠绕成型 (4)

2.2.5拉挤成型 (4)

3结论 (4)

4参考文献 (4)

2

碳纤维复合材料的制备及其发展

1摘要：碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量、力学性能优异的新材料，它的重量不到钢的1/4，但强度却可以远高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性、无蠕变、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好等优异性能。将碳纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的树脂基复合材料是目前最具应用前景的一种复合材料，在各行各业有着广泛的应用。

关键词：碳纤维；制备；复合材料

2引言

碳纤维(简称CF）是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料，不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。它以碳或石墨化的树脂作为基体，以碳纤维或碳纤维织物为增强体。作为高性能纤维的一种，该材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目[1]。

2.1产品简介

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组成的具有新性能的材料，复合材料中的各种材料在性能上取长补短，使复合材料的综合性能比单一材料更为优异。碳纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的树脂基复合材料是目前最具应用前景的一种结构复合材料，近年来获得了较快发展，在航空航天、机械、电子、化工等领域得到了广泛的应用[2]。

2.2生产方法

碳纤维增强复合材料有多种制备方法，近年来，人们一直在改进不同种类的碳纤维复合材料的性能和加工方法，力求为这种性能优良的材料寻找到最佳的加工方法。目前主要成型方法有以下几种。

2.2.1手糊成型工艺

手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法、也是一种最简单的方法。它的最大特点是以手工操作为主，不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产；设备简单、投资费用少；可以满足多种产品的设计要求。这种方法不足之处在于生产效率低下；劳动强度大；环境不友好；产品稳定性不高。

2.2.2 喷射成型工艺[3]

3

喷射成型是从手糊成型开发出的一种半机械化成型技术，是通过喷枪将不饱和聚酯树脂从喷枪喷出，同时将纤维用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上、制取复合材料制件的方法。

喷射成型工艺的优点是生产效率比手糊成型工艺要高的多，劳动强度降低，能够制作大尺寸制品。但是用喷射成型方法虽然可以制成复杂形状的制品，但其厚度和纤维含量都无法精确控制，同时对生产环境有较大污染。

2.2.3注射成型[4]

注射成型适用于热塑性和热固性复合材料，是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度降低的闭合模内，经过冷却定型后，脱模制备复合材料的方法。这种方法的优点是成型周期短，物料的塑化在注射机内完成；能提高产品精度，保证质量，减少后加工工作量；可使形状复杂的产品一次成型，生产效率高，成本低。但这种方法的缺点是不适用于长纤维增强的产品，对模具质量的要求较高。

2.2.4 纤维缠绕成型[5]

纤维缠绕成型是一种将浸渍了树脂的纱或丝束缠绕在回转芯模上、常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合材料制造工艺，是一种生产各种尺寸回转体的简单有效的方法。纤维缠绕成型的主要优点是：能按性能要求配置增强材料，结构效率高；自动化成型，产品质量稳定，生产效率高，但这种方法对设备要求高，技术难度大，工艺质量不易控制。

2.2.5拉挤成型

拉挤成型是将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或带状织物在牵引装置作用下通过成型模定型，在模中或固化炉中固化，制成具有特定横截面形状和长度不受限制的复合材料型材的方法。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，制造成本较低，自动化程度高，制品性能稳定。

3结论

随着科技的发展，碳纤维的质量必将大幅提高，同时生产成本将大大降低，碳纤维增强树脂基复合材料将会更加符合市场需求。由于碳纤维增强树脂基复合材料与其它材料相比具有质轻高强等优异性能，该材料必将在航空航天及汽车、舰船、电力输送、土木工程、风力发电等民用民用领域得到更广泛的应用。

4参考文献

[1]李进卫.碳纤维增强复合材料性能特点及其应用领城[J].化学工业，2015(8)：13-18.

[2]张晓虎，孟宇，张炜.碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势[J].纤维复合材料，2014(1)：50-53.

[3]向春清.碳纤维复合材料在舰船鞭天线中的应用及制备[J].舰船电子工程，2012(4)：129-130.

[4]冯春春，常海涛.碳纤维增强聚合物基复合材料的性能、制备及应用研究[J].山东化工，2016，

4

45(23)：1-2，4.

[5]苏小萍.碳纤维增强复合材料的应用现状[J].高科技纤维与应用，2004(10)：34-35.

5