碳纖維在航空領(lǐng)域的應(yīng)用畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-17 02:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 合材料的推廣應(yīng)用。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 ( CFRP )是目前最先進(jìn)的復(fù)合材料之一,它以輕 質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料,:一類是熱固性樹脂, 由反應(yīng)性低分子量集體或帶有活性基團(tuán)高分子量聚合物組成,成型過程中在固化劑或熱作用下進(jìn)行交聯(lián)、縮聚,、雙馬來酰亞胺樹脂、, 的有聚乙烯、尼龍、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等[11]。在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中,并通過界面?zhèn)鬟f載荷于碳纖維,它對碳纖維復(fù)合材料的技術(shù)性能、成型工藝以及產(chǎn)品價格等都有直接的影響,:連續(xù)纖維和短纖維,連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料通常具有更好的機(jī)械性能但由于其制造成本 、注射成型以及擠出成型等, 材料甚至可以具備與連成續(xù)纖維復(fù)合材料相媲美的機(jī)械性能并且適宜于大規(guī)模的生產(chǎn),因此短纖維復(fù)合材料近來得到了廣泛的應(yīng)用[12]。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)由于與傳統(tǒng)材料相比具有獨特的力學(xué)性能，電阻特性，耐磨損性，界面結(jié)合強(qiáng)度，吸波性等優(yōu)良性能，在國內(nèi)引起了廣大科研工作者的興趣和喜好,并在近今年取得了很多成就。金屬材料在外載荷的作用下抵抗塑形變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。根據(jù)受力種類的不同分為以下幾種：(1)抗壓強(qiáng)度材料承受壓力的能力；(2)抗拉強(qiáng)度材料承受拉力的能力；(3)抗彎強(qiáng)度材料對致彎外力的承受能力；(4)抗剪強(qiáng)度材料承受剪切力的能力。本文將進(jìn)行簡單的闡述[13]。由連續(xù)增強(qiáng)碳纖維和樹脂基體組成的復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與傳統(tǒng)加固材料相比，CFRP具有抗拉強(qiáng)度高、自重輕、施工方便等優(yōu)點。羅小萍等對炭纖維進(jìn)行了表面化學(xué)鍍鎳處理，采用粉末冶金熱擠壓法將鍍層炭纖維與鎂基體復(fù)合，%的鎂基預(yù)制體采用壓制壓力為420MPa，燒結(jié)溫度為550℃,，480℃用280 MPa的壓力進(jìn)行熱擠壓得到鍍層炭纖維/鎂基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)167MPa，同時硬度、屈服強(qiáng)度分別為120MPa，125MPa。艾嬌艷等將碳纖維增強(qiáng)聚碳酸酯(PC)與玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯(PC)復(fù)合材料性能對比進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)PC在機(jī)械性能、電性能和加工性等方面有明顯的提高。隨著碳纖維含量的增加，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量明顯呈上升趨勢。龔偉平等采用溶膠凝膠法在炭纖維表面涂覆TiO2薄膜，通過球磨混合均勻、熱壓燒結(jié)制備炭纖維增強(qiáng)羥基磷灰石復(fù)合材料，用三點彎曲法測試復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度。結(jié)果表明，球磨時間影響羥基磷灰石中炭纖維的長度及其分布。表面涂層TiO2的炭纖維增強(qiáng)羥基磷灰石的彎曲強(qiáng)度比未涂層的高，尤以用丙酮除膠、:8進(jìn)行TiO2涂層，得到的炭纖維增強(qiáng)羥基磷灰石的彎曲強(qiáng)度最高。在炭纖維表面均勻涂覆一層厚度合適TiO2薄膜有利于提高炭纖維增強(qiáng)羥基磷灰石復(fù)合材料的力學(xué)性能。項東虎等采用直碳纖維和螺旋碳纖維增強(qiáng) PTFE 復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)直纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的硬度呈先增大后減小的趨勢，螺旋碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的硬度則緩慢提高，兩種纖維均可使抗壓強(qiáng)度提高，且螺旋碳纖維的效果更為明顯[14]。 高彈性模量的碳纖維對材料既能增強(qiáng)，又可顯著增韌。碳纖維增強(qiáng)鎂合金層合板具有比玻璃纖維增強(qiáng)鋁合金層合板更高界面斷裂韌性；在水泥砂漿中摻入碳纖維可顯著提高水泥砂漿的斷裂韌度和斷裂能，且隨著碳纖維摻量的增加，斷裂韌度和斷裂能隨之增大，水泥基材料的密度和彈性模量降低、泊松比也隨之增加；采用碳纖維填充改善聚四氟乙烯( PTFE)，大大改善了純 PTFE 的塑性性能[13]。 項東虎等選用螺旋碳纖維( CMCs) 和直碳纖維( SCF) 填充改善聚四氟乙烯( PTFE) 的綜合性能。測試了純 PTFE 及其復(fù)合材料的摩擦磨損、硬度、抗壓強(qiáng)度等性能，并利用掃描電鏡對磨損表面及殘留在表面的磨屑和轉(zhuǎn)移膜進(jìn)行形貌觀察。結(jié)果表明： 添加其中任何一種碳纖維都會不同程度地提高 PTFE 復(fù)合材料的摩擦因數(shù)，高載下的摩擦因數(shù)稍低于低載下的摩擦因數(shù)，另外，隨著碳纖維含量的增加，其耐磨性能逐步提高，磨損率下降[15]。碳纖維水泥基復(fù)合材料能以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內(nèi)部的損傷程度。碳纖維水泥基復(fù)合材料界面性能對其功能響應(yīng)特性的具體機(jī)理為：（1）碳纖維在拔出力的作用下，試樣界面力及電阻變化率隨著拉伸位移的增加而逐漸增大，當(dāng)界面力達(dá)到極值時，纖維與基體間的結(jié)合被破壞，電阻迅速上升。試驗所表現(xiàn)出的這種電學(xué)特性可用隧道效應(yīng)理論來描述。界面應(yīng)力的作用使材料內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變，引起隧道電流的變化，從而導(dǎo)致了電阻的變化。（2）在荷載作用下，碳纖維基復(fù)合材料通過界面將載荷傳遞給碳纖維，碳纖維和基體之間界面應(yīng)力的變化導(dǎo)致界面結(jié)構(gòu)變化，材料內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變，其電導(dǎo)率變化能夠反映材料在受載過程中的應(yīng)力應(yīng)變并具有靈敏的響應(yīng)，材料表現(xiàn)出機(jī)敏性。連續(xù)碳纖維增強(qiáng)基復(fù)合材料在彈性階段，其電阻隨拉力增大而可逆增大，隨拉力減小而可逆減小。碳纖維水泥基復(fù)合材料CFRC電阻率隨著碳纖維體積分?jǐn)?shù)的提高而下降；碳纖維摻入量存在一個飽和點，超過此飽和點，碳纖維水泥基復(fù)合材料的電阻率變化趨于穩(wěn)定；碳纖維水泥基復(fù)合材料電阻率隨加載頻率的增大而降低。不同成型壓力制備的復(fù)合材料電阻率均隨溫度升高而呈先增大后減小的趨勢[20]。較小成型壓力制備的CFRC，其臨界溫度為75100℃；較大成型壓力制備的CFRC，其臨界溫度為100120℃。楊淑霞[21]采用電鍍 Cu 碳纖維與化學(xué)鍍Cu的Ti3SiC2粉及Cu 粉進(jìn)行濕混，通過真空熱壓燒結(jié)法制備碳纖維增強(qiáng)的CuTi3SiC2復(fù)合材料，電阻率隨碳纖維含量的增加而增大；Ti3SiC2含量在15%20%之間電阻率變化較大；在Ti3SiC2含量為 20%，
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