碳纤维增强树脂基复合材料 ppt课件
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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
碳纤维增强树脂基复合材料PPT课件
表面为高性能的环氧 树脂或其他树脂塑料
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10CHENLI来自11增强机理➢ 当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂后被从基体 中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材料的断裂强度提高。
➢ 复合增强的另一原因是基体抑制裂纹的效应，当材料受到较大应力 时，一些有裂纹的纤维可能断裂，但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂 纹扩展方向。
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谢谢大家！
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➢ 航空应用 1.卫星及空间站的结构材料和部件 2.导弹用结构材料 3.运载火箭用结构材料
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发展与应用——在能源、汽车及其他工业部门的应用
对于未来的汽车工业，碳纤维复合材料将成为汽车 制造的主流材料。将在汽车发动机汽缸，机械驱动轴， 车体板和其他部件得到发展和应用。
同时也能在，在基建、兵器、医疗器械、体育休闲 用品等领域都存在巨大的市场潜力。
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碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究
1）比强度和比模量高 2）材料性能的可剪裁性 3）成型工艺的多选择性 4）良好的耐疲劳性能 5）良好的抗腐蚀性
通过设计增强纤维的取向及用量 来对结构材料的性能实行剪裁
热压罐、模压、纤维缠绕、树脂传递模塑 （RTM）、拉挤、注射、喷塑、搓管等
钢和铝的疲劳强度是静力强 度的50%，CFRP 可达90%
➢ 复合材料：基体+增强体
➢ 碳纤维增强树脂基复合材料：树脂基体+碳纤维 （CFRP)
1.基体通过与纤维间的界面以剪应力的形式向纤维传递载荷。
树脂基体： 2.保护纤维材料免受外界环境的化学作用和物理损伤。
3.阻止纤维断裂的裂纹传递。
碳纤维： 复合材料的承载主体
材料导论第十四章复合材料ppt课件
混凝土＝水泥+砂+石
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
纤维增强复合材料PPT课件
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• 各种材料的发展状况
玻璃钢和树脂基复合材料 非常成熟
广泛的应用 金属基复合材料
开发阶段 某些结构件的关键部位 陶瓷基复合材料及功能复合材料等
尚处于研究阶段 有不少科学技术问题有待解决
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复合材料的设计－－从常规设计向仿生设计发展
• 仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制 备出具有明显组织梯度与性能梯度的新型钢基耐磨梯度复合 材料。
• 仿照鲍鱼壳的结构，西雅图华盛顿大学的研究人员利用由碳、 铝和硼混合成陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的 层状复合材料比其原材料坚固40％。
• 仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和 直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料， 中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。
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基体和增强材料
Matrix and Reinforcement
• 基体——连续相 • 增强材料——分散相
– 也称为增强体、增强剂、增强相等 – 显著增强材料的性能 – 多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。 – 可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。
• 在基体和增强体之间存在着界面。
• 单靠金属与合金难以具有优良的综合物理性能，而要 靠优化设计和先进制造技术将金属与增强物做成复合 材料来满足需求。
• 主要的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、银、 铅、锌等金属。
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Chapter 9 Composites
复合材料
CHENLI
1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
树脂基复合材料ppt课件
3、SRIM
1）树脂（粘度10~100CP） 2）增强体
2CH2 CH R C O R' OH+ OCN R'' NCO
CH2 CH R C O R' O C N R" N C O R' O C R CH CH2
O
H HO
R (OH)n + 2 OCN R'' NCO
O R O C N R' N C
缠绕成型的特点：
1）由于可以按照承力要求确定纤维的方向、层次、数量，可实现 强度的设计
2）纤维伸直和按规律排列的整齐性和精确度高于任何其它成型方 法，制品能充分发挥纤维的强度，因此比强度和比刚度均高。
3）玻璃钢压力容器比钢质减重40~60%。 4）生产效率高可成型各种尺寸的制品； 5）设备投资大； 6）不能生产凹形制品；
4、模具
由于压力低，故RIM工艺所使用的模具的价格也比较 低，一般采用高质量工具钢、铝合金以及环氧树脂 （温度低于65℃)等
四、制品缺陷
1、由工艺过程造成的缺陷 1）原料污染； 2）温度控制； 3）混合计量控制； 4）模具是否清洁； 5）模具温度； 6）脱模时间；
第二节：树脂转移成型
树脂转移成型具有开发高性能、大体积低成本复合材料的能力
模压成型、注射成型相和反应注射成型的 温度和压力对比
成型工艺 温 度（℃） 模腔压力（bar)
RIM
60-120
5-15
IM CM RTM
120-350 130-175 20-120
20-140 70-2000
4-10
RIM的几种不同形式：
1、SRIM：结构反应注射成型（Structural RIM) 2、RRIM：增强反应注射成型 (Reinforced RIM) 3、MMRIM:(Mat Molding RIM)
碳纤维增强树脂基复合材料的概述
第1章绪论1.1碳纤维增强树脂基复合材料的概述CFRP是以碳纤维为增强体，树脂为基体的复合材料，所选用的树脂基体主要分为两类：热固性树脂和热塑性树脂。
其中，热固性树脂由反应性的低分子量预聚体或者带有活性基团的高分子量聚合物组成，其在成型过程中，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成不熔不溶的交联体型结构，在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等[15-17]；而热塑性树脂则由线型的高分子量聚合物组成，在一定条件下溶解熔融，只发生物理变化，常用的热塑性树脂基体有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等[18-20]。
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为新型材料，崛起于20世纪60年代中期，在众多先进复合材料中，CFRP在技术成熟度与应用范围方面的表现尤为突出。
与传统材料相比，CFRP 具有多种优异的性能，例如，(1)具有高的比强度和比模量，其密度为钢材的1/5，钛合金的1/3，比玻璃钢(GFRP)和铝合金还轻，使其比强度(强度/密度)是高强度钢、超硬铝、钛合金的4倍左右，玻璃钢的2倍左右，而比模量却是他们的3倍；(2)具有良好的耐疲劳性，如在静态下，CFRP循环105次且承受90%的极限强度应力时，才会被破坏，而钢材却只能承受极限强度的50%左右；(3)具有耐摩擦和抗摩擦性能，耐水性，耐蚀性；(4)同时还具有热膨胀系数小，导电性好等特点[21]。
碳纤维在碳纤维增强树脂基复合材料中起到增强作用，而其中树脂基体则使复合材料成型为一承载外力的整体，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[22, 23]。
此外，碳纤维的复合方式也会对其复合材料的性能产生影响。
碳纤维按照制备时的需要，大致可分为两种类型：连续纤维和短纤维，其中，通常采用连续纤维增强的复合材料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；而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。
第六章 几种纤维增强树脂复合材料表面与界面PPT课件
OH
（b）硅醇的硅羟基之间以及硅醇硅羟基与 玻纤表面硅羟基之间形成氢键。
（c）硅羟基之间脱水形成-Si-O-Si键。
硅烷偶联剂与玻纤表面以 Si－O－Si化学键结合，同时在玻纤表 面缩聚成膜，形成了有机R基团朝外 的结构，如图。
硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面的反应过程
硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历以下四个阶段： (1)开始时在偶联剂Si上的三个不稳定X一基团发生水解； (2)缩合成低聚体； (3)然后这些低聚体与基质表面上的-OH形成氢键； (4)最后干燥或固化过程，与基质表面形成共价键和伴随着少量的
热塑性酚醛树脂：以酸为催化剂，甲醛/ 苯酚摩尔比小于1，加入六次甲基四胺等 固化剂材能固化。
广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、
阻燃材料、砂轮片制造等行业
6.3碳纤维增强树脂
先进复合材料的界面
钢铁材料高强、高模，但密度大，易锈 蚀。
陶瓷材料耐高温、高强，但性脆； 玻纤增强塑料强度高，比重轻，但模量
叠氮基的特点是可以与碳氢键发生反应：
R SO2 N3 R SO2 N: + H C
R SO2 N: + N2
R
SO 2
NC H
c) 过氧化型硅烷偶联剂
R-O-O-R’－SiX3
通过X基团的水解，可在增强材料上引入
过氧基：
Si R' O O R
过氧基的热裂解在增强剂表面产生自由 基，引发乙烯基单体聚合，在增强剂表 面接枝上聚合物：
第6章 纤维增强树脂复合材料的界面 与表面
6.1 纤维与树脂简介
6.2 玻璃纤维增强树脂
6.3碳纤维增强树脂 6.4 有机纤维增强树脂
玻纤增强PP的冲击试 样的断口扫描电镜照片
6.5 纤维增强基体复合材料
（b）硅醇的硅羟基之间以及硅醇硅羟基与 玻纤表面硅羟基之间形成氢键。
（c）硅羟基之间脱水形成-Si-O-Si键。
硅烷偶联剂与玻纤表面以 Si－O－Si化学键结合，同时在玻纤表 面缩聚成膜，形成了有机R基团朝外 的结构，如图。
硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面的反应过程
硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历以下四个阶段： (1)开始时在偶联剂Si上的三个不稳定X一基团发生水解； (2)缩合成低聚体； (3)然后这些低聚体与基质表面上的-OH形成氢键； (4)最后干燥或固化过程，与基质表面形成共价键和伴随着少量的
热塑性酚醛树脂：以酸为催化剂，甲醛/ 苯酚摩尔比小于1，加入六次甲基四胺等 固化剂材能固化。
广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、
阻燃材料、砂轮片制造等行业
6.3碳纤维增强树脂
先进复合材料的界面
钢铁材料高强、高模，但密度大，易锈 蚀。
陶瓷材料耐高温、高强，但性脆； 玻纤增强塑料强度高，比重轻，但模量
叠氮基的特点是可以与碳氢键发生反应：
R SO2 N3 R SO2 N: + H C
R SO2 N: + N2
R
SO 2
NC H
c) 过氧化型硅烷偶联剂
R-O-O-R’－SiX3
通过X基团的水解，可在增强材料上引入
过氧基：
Si R' O O R
过氧基的热裂解在增强剂表面产生自由 基，引发乙烯基单体聚合，在增强剂表 面接枝上聚合物：
第6章 纤维增强树脂复合材料的界面 与表面
6.1 纤维与树脂简介
6.2 玻璃纤维增强树脂
6.3碳纤维增强树脂 6.4 有机纤维增强树脂
玻纤增强PP的冲击试 样的断口扫描电镜照片
6.5 纤维增强基体复合材料
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究ppt课件
（2）用称重器和烧杯称量所需要质量的分散剂与固化剂。 （3）将一定量的环氧树脂与分散剂混合，然后加入超声分散好的改性碳纤维，最后加入 一定量的固化剂常温等待其固化，将制备好的样品进行力学性能测试。
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实验数据曲线
固化剂含量对环氧树脂复合材料力学性能的影响
图1 固化剂含量对纯环氧树脂抗压强度的影响 可编辑课件PPT
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致谢
感谢各位老师在百忙之中抽出时间对我的毕业设计进行答辩，您们 辛苦了！
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wt%），倒入环氧树脂烧杯中，均匀搅拌混合样品，常温下固化制得环氧树脂样品。
2、碳纤维/环氧树脂样品制备：
（1）称取所需质量的碳纤维备用，碳纤维含量分别为5 vol%、10 vol%、15 vol%、20
vol%。将碳纤维在丙酮溶液中超声分散。
（2）称取一定量的环氧树脂，并称取所需要的固化剂质量。
（3）将超声分散好的碳纤维加入用分散剂稀释好的环氧树脂中，用玻璃棒充分搅拌，动作
幅度要小，避免能产生气泡，搅拌均匀后，加入固化剂。倒入模具中常温固化，便于测试其力
学性能。
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6
3、加入改性碳纤维的环氧树脂样品的制备： （1）将碳纤维放置在箱式电阻炉中于在400 ℃下氧化处理30 min，冷却到室温后备用。
将碳纤维放置在偶联剂（即KH550）丙酮溶液中改性处理，偶联剂的质量分数分别为0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%。
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17
（3）纯环氧树脂材料在120℃发生变形，在220℃变形量达到0.85%，改性碳纤维/ 环氧树脂复合材料在160℃未发生明显变形，在220℃变形量仅为0.58%，这表明改 性碳纤维/环氧树脂复合材料的高温尺寸稳定性好。 （4）摩擦磨损实验表明：随着摩擦时间和外加载荷的增加，所有环氧树脂及其复合 材料的磨损量都增加。在加载为20 N，摩擦60 min后，纯环氧树脂的磨损量是10.3 mg，碳纤维/环氧树脂的磨损量是6.2 mg，改性碳纤维/环氧树脂的磨损量是2.7 mg。 这表明在相同载荷下，改性碳纤维/环氧树脂复合材料具有最小的质量损失，其耐磨 性最好。
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实验数据曲线
固化剂含量对环氧树脂复合材料力学性能的影响
图1 固化剂含量对纯环氧树脂抗压强度的影响 可编辑课件PPT
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wt%），倒入环氧树脂烧杯中，均匀搅拌混合样品，常温下固化制得环氧树脂样品。
2、碳纤维/环氧树脂样品制备：
（1）称取所需质量的碳纤维备用，碳纤维含量分别为5 vol%、10 vol%、15 vol%、20
vol%。将碳纤维在丙酮溶液中超声分散。
（2）称取一定量的环氧树脂，并称取所需要的固化剂质量。
（3）将超声分散好的碳纤维加入用分散剂稀释好的环氧树脂中，用玻璃棒充分搅拌，动作
幅度要小，避免能产生气泡，搅拌均匀后，加入固化剂。倒入模具中常温固化，便于测试其力
学性能。
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3、加入改性碳纤维的环氧树脂样品的制备： （1）将碳纤维放置在箱式电阻炉中于在400 ℃下氧化处理30 min，冷却到室温后备用。
将碳纤维放置在偶联剂（即KH550）丙酮溶液中改性处理，偶联剂的质量分数分别为0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%。
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（3）纯环氧树脂材料在120℃发生变形，在220℃变形量达到0.85%，改性碳纤维/ 环氧树脂复合材料在160℃未发生明显变形，在220℃变形量仅为0.58%，这表明改 性碳纤维/环氧树脂复合材料的高温尺寸稳定性好。 （4）摩擦磨损实验表明：随着摩擦时间和外加载荷的增加，所有环氧树脂及其复合 材料的磨损量都增加。在加载为20 N，摩擦60 min后，纯环氧树脂的磨损量是10.3 mg，碳纤维/环氧树脂的磨损量是6.2 mg，改性碳纤维/环氧树脂的磨损量是2.7 mg。 这表明在相同载荷下，改性碳纤维/环氧树脂复合材料具有最小的质量损失，其耐磨 性最好。
碳纤维复合材料应用 ppt课件
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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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5
汇报交流
常见复合材料
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6
汇报交流
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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汇报交流
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
PPT课件
9
汇报交流
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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10
汇报交流
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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3
汇报交流
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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碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究
1）比强度和比模量高 2）材料性能的可剪裁性 3）成型工艺的多选择性 4）良好的耐疲劳性能 5）良好的抗腐蚀性
通过设计增强纤维的取向及用量 来对结构材料的性能实行剪裁
热压罐、模压、纤维缠绕、树脂传递模塑 （RTM）、拉挤、注射、喷塑、搓管等
钢和铝的疲劳强度是静力强 度的50%，CFRP 可达90%
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碳纤维增强树脂基复合材料简介——碳纤维
➢ 增强体纤维可分为金属纤维，陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维和 有机纤维，其中目前用得最多的和最重要的是碳纤维。
➢ 复合材料中的碳纤维分为两大类：
直径范围在 6~8微米内
聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，通过碳化工艺制备，使纤维
中的氢、氧等元素得以排出，含碳量一般都在90%以上。碳纤维
第三阶段：
应用于受力不大的 应用于承力大的结 应用于复杂受力结
构件，如各类操作 构件，如安定面、 构，如机身、中央
面、副翼、口盖、 全动平尾和主受力 翼盒等。
阻力板等。
结构机翼等。
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发展与应用——航空航天上的应用
➢ 航天应用： 1.军机应用 2.民机应用
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发展与应用——航空航天上的应用
• 碳纤维、碳化硅纤维等高性能增强材料的出现，并使用高性能 20世纪70年 树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料ACM
代
70年代~现 在
• 美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳 2100号；采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机； 波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构
➢ 航空应用 1.卫星及空间站的结构材料和部件 2.导弹用结构材料 3.运载火箭用结构材料
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发展与应用——在能源、汽车及其他工业部门的应用
对于未来的汽车工业，碳纤维复合材料将成为汽车 制造的主流材料。将在汽车发动机汽缸，机械驱动轴， 车体板和其他部件得到发展和应用。
同时也能在，在基建、兵器、医疗器械、体育休闲 用品等领域都存在巨大的市场潜力。
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树脂基复 合材料
碳纤维增强树 脂基复合材料
炭基复合 材料
航空复 合材料
金属基复 合材料
陶瓷基复 合材料
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目录
• 树脂基复合材料的发展历史 • 碳纤维增强树脂基复合材料简介 • 性能研究 • 增强机理 • 成型工艺 • 发展与应用
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树脂基复合材料的发展历史
20世纪 • 玻璃纤维增强树脂在成型工艺和成型技术方面飞速发展 30~70年代
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碳纤维增强树脂基复合材料简介
➢ 复合材料：基体+增强体
➢ 碳纤维增强树脂基复合材料：树脂基体+碳纤维 （CFRP)
1.基体通过与纤维间的界面以剪应力的形式向纤维传递载荷。
树脂基体： 2.保护纤维材料免受外界环境的化学作用和物理损伤。
3.阻止纤维断裂的裂纹传递。
碳纤维： 复合材料的承载主体
是一种一种轻质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维
材料。
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碳纤维增强树脂基复合材料简介——碳纤维
➢ 碳纤维的特点：拉伸强度和拉伸模量高，密度低、比模量高 ，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性 好良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
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碳纤维增强树脂基复合材料简介——树脂基体
树脂基体的重要性能有：使用温度、强度、刚度、耐疲劳性、韧性和耐湿热老化等。
目前发展高性能树脂基体主要方向是：
1）新型高温型树脂基体，使用温度在300 ℃以上； 2）高韧性的树脂基体，如冲击后压缩强度（CAI）＞300 MPa 的树脂基 体； 3）适用于低成本的液体成型工艺（如RTM 成型工艺）的树脂基体； 4）能满足复合材料结构功能一体化的新型树脂基体，如具有透波和吸波功 能的树脂基体。
碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂： 热塑性树脂基体（乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等） 热固性树脂基体（环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等）
环氧树脂基体：粘附力强、收缩 性低、化学稳定性、价格较低， 但韧性不足，耐湿热性差。
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碳纤维增强树脂基复合材料简介——树脂基体
表面为高性能的环氧 树脂或其他树脂塑料
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增强机理
➢ 当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂后被从基体 中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材料的断裂强度提高。
➢ 复合增强的另一原因是基体抑制裂纹的效应，当材料受到较大应力 时，一些有裂纹的纤维可能断裂，但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂 纹扩展方向。
成型技术
树脂传递模塑（RTM）特点：具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少 、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点，是目前国际上发展应 用最快并在航空工业应用最多的低成本技术之一。
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发展与应用
高性能环氧复合材料已广泛应用在各种飞机上， 其发展可分为三个阶段：
第一阶段：
第二阶段应：
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成型技术
液体模塑成型技术（LCM）
其他低成本成型 技术还包括
纤维缠绕、拉挤 等
结构反应注射模塑
真空辅助树脂传递模塑（VARTM）
树脂渗透成型工艺（SCRIMP）
树脂传递模塑（RTM）
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在一定的温度和压力 下，把黏度低的树脂 注入置有增强纤维坯 的模具中，然后加热
并固化成型 13