碳纖維在航空領域的應用畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-17 02:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 合材料的推廣應用。碳纖維增強樹脂基復合材料 ( CFRP )是目前最先進的復合材料之一,它以輕 質(zhì)、高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學性能優(yōu)良等特點廣泛用作結構材料及耐高溫抗燒蝕材料,:一類是熱固性樹脂, 由反應性低分子量集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(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]。在碳纖維增強樹脂基復合材料中,并通過界面?zhèn)鬟f載荷于碳纖維,它對碳纖維復合材料的技術性能、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)纖維增強的復合材料通常具有更好的機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)纖維復合材料相媲美的機械性能并且適宜于大規(guī)模的生產(chǎn),因此短纖維復合材料近來得到了廣泛的應用[12]。碳纖維增強復合材料(CFRP)由于與傳統(tǒng)材料相比具有獨特的力學性能，電阻特性，耐磨損性，界面結合強度，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度。根據(jù)受力種類的不同分為以下幾種：(1)抗壓強度材料承受壓力的能力；(2)抗拉強度材料承受拉力的能力；(3)抗彎強度材料對致彎外力的承受能力；(4)抗剪強度材料承受剪切力的能力。本文將進行簡單的闡述[13]。由連續(xù)增強碳纖維和樹脂基體組成的復合材料碳纖維增強復合材料（CFRP）與傳統(tǒng)加固材料相比，CFRP具有抗拉強度高、自重輕、施工方便等優(yōu)點。羅小萍等對炭纖維進行了表面化學鍍鎳處理，采用粉末冶金熱擠壓法將鍍層炭纖維與鎂基體復合，%的鎂基預制體采用壓制壓力為420MPa，燒結溫度為550℃,，480℃用280 MPa的壓力進行熱擠壓得到鍍層炭纖維/鎂基復合材料的抗拉強度達167MPa，同時硬度、屈服強度分別為120MPa，125MPa。艾嬌艷等將碳纖維增強聚碳酸酯(PC)與玻璃纖維增強聚碳酸酯(PC)復合材料性能對比進行了研究，發(fā)現(xiàn)碳纖維增強PC在機械性能、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，拉伸強度、彎曲強度、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、熱壓燒結制備炭纖維增強羥基磷灰石復合材料，用三點彎曲法測試復合材料的彎曲強度。結果表明，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的炭纖維增強羥基磷灰石的彎曲強度比未涂層的高，尤以用丙酮除膠、:8進行TiO2涂層，得到的炭纖維增強羥基磷灰石的彎曲強度最高。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羥基磷灰石復合材料的力學性能。項東虎等采用直碳纖維和螺旋碳纖維增強 PTFE 復合材料，發(fā)現(xiàn)直纖維增強復合材料的硬度呈先增大后減小的趨勢，螺旋碳纖維增強復合材料的硬度則緩慢提高，兩種纖維均可使抗壓強度提高，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，又可顯著增韌。碳纖維增強鎂合金層合板具有比玻璃纖維增強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 及其復合材料的摩擦磨損、硬度、抗壓強度等性能，并利用掃描電鏡對磨損表面及殘留在表面的磨屑和轉(zhuǎn)移膜進行形貌觀察。結果表明： 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。碳纖維水泥基復合材料界面性能對其功能響應特性的具體機理為：（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，當界面力達到極值時，纖維與基體間的結合被破壞，電阻迅速上升。試驗所表現(xiàn)出的這種電學特性可用隧道效應理論來描述。界面應力的作用使材料內(nèi)部導電網(wǎng)絡發(fā)生改變，引起隧道電流的變化，從而導致了電阻的變化。（2）在荷載作用下，碳纖維基復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力的變化導致界面結構變化，材料內(nèi)部的導電網(wǎng)絡發(fā)生改變，其電導率變化能夠反映材料在受載過程中的應力應變并具有靈敏的響應，材料表現(xiàn)出機敏性。連續(xù)碳纖維增強基復合材料在彈性階段，其電阻隨拉力增大而可逆增大，隨拉力減小而可逆減小。碳纖維水泥基復合材料CFRC電阻率隨著碳纖維體積分數(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，碳纖維水泥基復合材料的電阻率變化趨于穩(wěn)定；碳纖維水泥基復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 碳纖維與化學鍍Cu的Ti3SiC2粉及Cu 粉進行濕混，通過真空熱壓燒結法制備碳纖維增強的CuTi3SiC2復合材料，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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