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        關于碳纖維復合材料,您需要了解這些知識
        發布時間:2023-01-09
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        復合材料(Composite materials),是由兩種或兩種以上不同性質的材料,通過物理或化學的方法,在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短,產生協同效應,使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。

         

        碳纖維增強樹脂基復合材料是以有機高分子材料為基體、碳纖維為增強材料,通過復合工藝制備而成,具有明顯優于原組分性能的一類新型材料”。它具有高比強度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設計一性強、便于大面積整體成型以及具有特殊電磁性能等特點,已經成為最重要的航空結構材料之一。

         

        碳纖維增強樹脂基復合材料所用基體樹脂主要分為兩大類,一類是熱固性樹脂,另一類是熱塑性樹脂。熱固性樹脂由反應性低分子量預聚體或帶有活性基團高分子量聚合物組成,成型過程中,在固化劑或熱作用下進行交聯、縮聚,形成不熔不溶的交聯體型結構。常用的有環氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來亞酞胺樹脂等。熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成,在一定條件下溶解和熔融,只發生物理變化。常用的有聚乙烯、尼龍、聚醚醚酮等。

         

        常見碳纖維材料種類:

        1、碳纖維增強陶瓷基復合材料

        陶瓷具有優異的耐蝕性、耐磨性、耐高溫性和化學穩定性,廣泛應用于工和民用產品。但是,它的致命弱點是脆性大,并且對裂紋、氣孔和夾雜物等細微的缺陷很敏感。用碳纖維增強陶瓷可有效地改善韌性,改變陶瓷的脆性斷裂形態,同時阻止裂紋在陶瓷基體中的迅速傳播、擴展。目前國內外比較成熟的碳纖維增強陶瓷材料是碳纖維增強碳化硅材料,因其具有優良的高溫力學性能,在高溫下服役不需要額外的隔熱措施,因而在航空發動機、可重復使用航天飛行器等領域具有廣泛應用。

         

        2、碳/碳復合材料

        碳/碳復合材料是碳纖維增強碳基復合材料的簡稱,也是一種高級復合材料。它是由碳纖維或織物、編織物等增強碳基復合材料構成。碳/碳復合材料主要由各類碳組成,即纖維碳、樹脂碳和沉積碳。這種完全由人工設計、制造出來的純碳元素構成的復合材料具有許多優異性能,除具備高強度、高剛性、尺寸穩定、抗氧化和耐磨損等特性外,還具有較高的斷裂韌性和假塑性。特別是在高溫環境中,強度高、不熔不燃,僅是均勻燒蝕.這是任何金屬材料無法與其比擬的。因此廣泛應用于導彈彈頭,固體火箭發動機噴管以及飛機剎車盤等高科技領。

         

        3、碳纖維增強金屬基復合材料

        碳纖維增強金屬基復合材料是以碳纖維為增強纖維,金屬為基體的復合材料。碳纖維增強金屬基復合材料與金屬材料相比,具有高的比強度和比模量;與陶瓷相比,具有高的韌性和耐沖擊性能。金屬基體多采用鋁、鎂、鎳、鈦及它們的合金等。其中,碳纖維增強鋁、鎂復合材料的制備技術比較成熟。制造碳纖維增強金屬基復合材料的主要技術難點是碳纖維的表面涂層,以防止在復合過中損傷碳纖維,從而使復合材料的整體性能下降.目前,在制備碳纖維增強金屬基復合材料時碳纖維的表面改性主要采用氣相沉積、液鈉法等,但因其過程復雜、成本高,限制了碳纖維增強金屬基復合材料的推廣應用。

         

        4、碳纖維增強水泥基復合材料

        將碳纖維加人到水泥基體中即制成碳纖維增強水泥基復合材料(Carbon Fiber Reinforced Ce-ment Compoistes,簡稱CFRC),稱纖維增強混凝土。在水泥基材料中摻入高強碳纖維是提高水泥復合材料抗裂、抗滲、抗剪強度和彈性模量,控制裂紋擴展,提高耐強堿性,增強變形能力的重要措施。

        此外,碳纖維還具有震動阻尼特性,可吸收震動波,使防地震能力和抗彎強度提高十幾倍。更為可貴的是,碳纖維具有導電性,將其加入到水泥基體中,賦于水泥基體智能性,極大地擴大了混凝土的應用范圍。

        CFRC復合材料在承受負荷時表面不產生龜裂,其抗拉強度和抗彎強度、斷裂韌性比不增強的高幾倍到十幾倍,其沖擊韌性也相當可觀。短切碳纖維增強水泥所用碳纖維的長度一般為3一6nm,直徑為7一20μm,抗拉強度范圍在0.5一0.8GPa。普通水泥的強度通常為11.76MPa,若按重量摻入15%的碳纖維,其強度可達到245MPa;若摻人量為20%時,強度可高達548.8MPa。

        此外,與普通混凝土相比,CFRC具有質輕、強度高、流動性好、擴散性強、成型后表面質量高等優點,將其用作隔墻時,比普通混凝土制作的隔墻薄1/2~1/3,重量減輕1/2一1/3。CFRC有多種規格,其中短切碳纖維增強混凝土主要用在屋面、外墻、內墻、地面、天棚等方面;長纖維混凝土用在承重構件方面,由它制成的構件尺寸穩定,同時還具有防靜電性、耐磨耗、耐腐蝕等性能,因此,CFRC性能的研究近年來發展迅猛。(來源:化工707)

         

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