碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料概述-文庫吧資料
2024-08-17 05:21本頁面
【正文】 我國的碳纖維樹脂基復(fù)合材料研制起步于20世紀(jì)60 年代末，至今已有 40 多年的發(fā)展歷程，在產(chǎn)品開發(fā)、制造加工、產(chǎn)品應(yīng)用及人才培養(yǎng)等方面都取得了很大進(jìn)步， 但是同先進(jìn)國家相比仍有很大差距，尤其近年來，由于西方國家的快速發(fā)展，這種差距還有加大的趨勢。碳纖維復(fù)合材料在空間技術(shù)上的應(yīng)用, 國內(nèi)也有成功范例,如我國的第一顆實用通信衛(wèi)星應(yīng)用了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料拋物面天線系統(tǒng)。目前空間用復(fù)合材料基體主要采用環(huán)氧樹脂。美國在 1975年開始了輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶及儲箱研制, 采用S玻纖/環(huán)氧、 Kevlar/環(huán)氧纏繞復(fù)合材料。九五期間,本所與華東理工大學(xué)合作,開展了碳/聚芳基乙炔樹脂復(fù)合材料在固體火箭發(fā)動機(jī)防熱材料方面的應(yīng)用研究,取得了較大進(jìn)展。如國外應(yīng)用碳/酚醛材料作為噴管防熱構(gòu)件的型號有： MX 系列、 三叉戟( C4)、 三叉戟( D5) 第一和二級發(fā)動機(jī)的噴管擴(kuò)張段和防熱環(huán)、侏儒導(dǎo)彈第一和二級發(fā)動機(jī)噴管的擴(kuò)張段和防熱環(huán)、侏儒導(dǎo)彈第三級發(fā)動機(jī)噴管的防熱環(huán)等, 俄羅斯的白楊M戰(zhàn)略導(dǎo)彈的第一、二級固體發(fā)動機(jī)噴管擴(kuò)張段也采用碳/酚醛材料作為防熱材料。此外,由美國陸軍負(fù)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(jī)的質(zhì)量比達(dá)到0. 82。 三叉戟 ( D5)第一、二級固體發(fā)動機(jī)殼體采用碳/環(huán)氧制作,其性能較凱芙拉/環(huán)氧提高 30% 。碳纖維復(fù)合材料制造的殼體具有強(qiáng)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(jī)動固體洲際導(dǎo)彈一 二、三級發(fā)動機(jī)殼體、新一代中程地地戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體[3]。 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。4）良好的耐疲勞性能 層壓的 CFRP 對疲勞裂紋擴(kuò)張有“抑制”作用，這是因為當(dāng)裂紋由表面向內(nèi)層擴(kuò)展時，到達(dá)某一纖維取向的層面時， 會使裂紋擴(kuò)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(qiáng)度大為提高。 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。2）材料性能的可剪裁性（tailorability） 大多數(shù) CFRP 可通過設(shè)計增強(qiáng)纖維的取向及用量來對結(jié)構(gòu)材料的性能實行剪裁， 達(dá)到性能最佳化。 業(yè)內(nèi)專家指出，飛機(jī)自重每減少 1 kg，相當(dāng)于五百萬美元的累積經(jīng)濟(jì)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。 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(qiáng)度和比模量高 高強(qiáng)度碳纖維環(huán)氧基復(fù)合材料（單向） 的比強(qiáng)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。隨著碳纖維生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)成本的逐步下降, 在增強(qiáng)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(kuò)大。碳纖維復(fù)合材料因其較高的比強(qiáng)度、 比模量在國外先進(jìn)戰(zhàn)略、 戰(zhàn)術(shù)固體火箭發(fā)動機(jī)方面應(yīng)用較多,如美國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈侏儒三級發(fā)動機(jī)殼體, 三叉戟一、 二、 三級發(fā)動機(jī)殼體的復(fù)合材料裙,民兵系列發(fā)動機(jī)的噴管擴(kuò)張段, 部分固體發(fā)動機(jī)及高速戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈美國的THAAD、 ERINT 等。它可以兼顧碳纖維和基體的性能而成為綜合性能更為優(yōu)異的工程結(jié)構(gòu)材料和具有特殊性能的功能材料。此外，用天然纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維作增強(qiáng)體的樹脂基復(fù)合材料也在快速發(fā)展。通過碳化工藝，使纖維中的氫、氧等元素得以排出，成為一種接近純碳的材料，含碳量一般都在 90
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