碳纖維增強復(fù)合材料概述-文庫吧
2025-07-20 05:21 本頁面
【正文】 體育運動器材(如滑雪板、球拍、漁桿)等。隨著碳纖維生產(chǎn)規(guī)模的擴大和生產(chǎn)成本的逐步下降, 在增強混凝土、 新型取暖裝置、 新型電極材料乃至日常生活用品中的應(yīng)用也必將迅速擴大。我國為配合北京奧運會,擬大力開發(fā)新型CFRP建材及CFRP的研究和開發(fā)應(yīng)用已成為一項涉及多項學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)工程,而CFRP的發(fā)展?fàn)顩r則成為一個國家材料科學(xué) 乃至整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。 2. 碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)點[2]碳纖維復(fù)合材料與金屬材料或其他工程材料相比，具有以下許多優(yōu)良的性能： 1）比強度和比模量高 高強度碳纖維環(huán)氧基復(fù)合材料（單向） 的比強度是鋼SAE1010 （冷軋） 的近20 倍，是鋁 6061T6的近 10 倍；其比模量則超過這些鋼和鋁材的3倍。 這些特性使CFRP材料的利用效率大為提高，實際證明用 CFRP 代替鋼或鋁可減輕重量達20%～40%，因而在許多工業(yè)領(lǐng)域特別是在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 業(yè)內(nèi)專家指出，飛機自重每減少 1 kg，相當(dāng)于五百萬美元的累積經(jīng)濟效益，由此可以看出復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的重要地位。 不僅如此，其他如汽車、海運、交通等與運行速度要求有關(guān)的部門都會因采用復(fù)合材料而大為受益。2）材料性能的可剪裁性（tailorability） 大多數(shù) CFRP 可通過設(shè)計增強纖維的取向及用量來對結(jié)構(gòu)材料的性能實行剪裁， 達到性能最佳化。例如，可把復(fù)合材料設(shè)計成在主受力方向上有足夠的纖維取向來承受載荷， 其他方向有適當(dāng)?shù)睦w維來承受剪切載荷或其他載荷， 而這種多纖維取向結(jié)構(gòu)的成型又可通過不同的成型技術(shù)來完成。 復(fù)合材料的這種性能可剪裁性， 不僅可提高材料的使用效率， 而且有助于從材料到結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造實行一體化，既簡化了制造程序，又降低了制造成本。 3）成型工藝的多選擇性 復(fù)合材料技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 到現(xiàn)在有數(shù)十種不同的成型工藝可供選擇，如熱壓罐、模壓、纖維纏繞、樹脂傳遞模塑（RTM）、拉擠、注射、噴塑、 搓管以及大型復(fù)雜部件的共固化整體成型技術(shù)等，實際應(yīng)用時可根據(jù)構(gòu)件的性能、材料種類、產(chǎn)量規(guī)模和成本等因素選擇最適合的成型方案。4）良好的耐疲勞性能 層壓的 CFRP 對疲勞裂紋擴張有“抑制”作用，這是因為當(dāng)裂紋由表面向內(nèi)層擴展時，到達某一纖維取向的層面時， 會使裂紋擴展在該層面內(nèi)呈現(xiàn)斷裂發(fā)散，這種特性使得 CFRP的疲勞強度大為提高。研究表明鋼和鋁的疲勞強度是靜力強度的50%，而 CFRP 可達90%。 5）良好的抗腐蝕性 由于 CFRP 的表面是一層高性能的環(huán)氧樹脂或其他樹脂塑料，因而具有良好的耐酸、耐堿及耐其他化學(xué)腐蝕性介質(zhì)的性能。 這種優(yōu)點使 CFRP在未來的電動汽車或其他有抗腐蝕要求的領(lǐng)域上應(yīng)用具有很強的競爭力。碳纖維復(fù)合材料制造的殼體具有強度高、 剛度大、尺寸穩(wěn)定等特點,因此,碳纖維復(fù)合材料可用于新型陸基機動固體洲際導(dǎo)彈一 二、三級發(fā)動機殼體、新一代中程地地戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動機殼體[3]。如美國侏儒小型地對地洲際彈道導(dǎo)彈三級發(fā)動機燃燒殼體由IM 7 碳纖維/HBRF 55A 環(huán)氧樹脂纏繞制作, 殼體容器特性系數(shù) PV/W 39KM。 三叉戟 ( D5)第一、二級固體發(fā)動機殼體采用碳/環(huán)氧制作,其性能較凱芙拉/環(huán)氧提高 30% 。愛國者導(dǎo)彈及其改進型,其發(fā)動機殼體開始采用D6AC 鋼,到 PAC 3導(dǎo)彈發(fā)動機上已經(jīng)采用了T800 纖維/環(huán)氧復(fù)合材料。此外,由美國陸軍負責(zé)開發(fā)的一種新型超高速導(dǎo)彈系統(tǒng)中的小型動能導(dǎo)彈( CKEM) ,其殼體采用了T1000 碳纖維/ 環(huán)氧復(fù)合材料, 使發(fā)動機的質(zhì)量比達到0. 82。碳/酚醛復(fù)合材料是目前樹脂基擴張段、收斂段最常用的防熱材料。如國外應(yīng)用碳/酚醛材料作為噴
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