【正文】 96度 )下仍具有延展性 ,因而可用于低溫部件和管道以及核工業(yè)的耐低溫部件。 （ 4）拉伸強(qiáng)度 由于超高分子量聚乙烯具有超拉伸取向必備的結(jié)構(gòu)特征 ,所以有無可匹敵的超高拉伸強(qiáng)度 ,因此可通過凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強(qiáng)度的纖維 , 其拉伸強(qiáng)度高達(dá) 3315 GPa, 拉伸彈性模量高達(dá) 100125 GPa。 （ 3）吸水性 超高分子量聚乙烯幾乎不吸水的 ,在水中也不膨脹。其沖擊強(qiáng)度起先隨分子量的增大而提高 ,在分子量為 150萬左右達(dá)到最大值 ,其后隨分子量的升高而逐漸下降。隨著分子量 8 的增大其耐磨性還能進(jìn)一步提高。當(dāng)前主要的問題也集中對超高分子量聚乙烯進(jìn)行改性 ,最迫切的改性是有關(guān)于加工流動性的研究。超高分子量聚乙烯是一種綜合性能十分優(yōu)異的熱塑性工程塑料。因此在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的制備中，尤其需要注意基體與纖維的結(jié)合性能。另外，它具有良好的組織相容性，是一種很好的生物材料。 碳纖維的性能優(yōu)異，其抗拉強(qiáng)度和模量分別可達(dá) 24GPa 和 400700GPa，還具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、低電阻、低膨脹、高熱導(dǎo)和耐化學(xué)輻射等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)碳纖維的原料主要有人造絲（粘膠纖維）、聚丙烯腈和瀝青三種，而聚丙烯腈是主要原料。1959年，美國聯(lián)合碳化物公司（ Union Carbon Corp）研究出了人造絲為原料，通過控制熱解制造碳纖維，用與上述類似的工藝制造碳纖維。 1880年，愛迪生用棉、亞麻等纖維制取碳絲用作電燈絲，因為碳絲亮度太低，加上太脆和易氧化，后改為鎢絲。按力學(xué)性能，可將碳纖維分成高強(qiáng)型（ high intensity， HT）、高模型（ high modulus， HM）和通用型（ generalpurpose， GP）等；按原料劃分，主要有纖維素基（以粘膠纖維為主）、聚丙烯腈基、瀝青基及酚醛樹脂基等幾種；按功能分類，有受力結(jié)構(gòu)用碳纖維、活性碳纖維、導(dǎo)電碳纖維、耐燃碳纖維及耐磨碳纖 維等。 2. 基礎(chǔ)理論綜述 碳纖維概述 碳纖維（ CF）是由有機(jī)纖 維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成的纖維狀聚合物碳，是一種 7 非金屬材料。 主要研究內(nèi)容 由于超高 分子量聚乙烯熔體粘度極高 ,加工比較困難 ,限制了其的應(yīng)用，超高分子量聚乙烯通過改性 ,可以改變其缺陷 ,提高了其加工流動性 ,可以達(dá)到增韌、增強(qiáng)、提高耐熱以及抗磨損的性能。 聚合物樹脂基體以及高性能的玻璃纖維、碳纖維和芳綸增強(qiáng)體的復(fù)合材料在一些新的應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展，如具有防爆功能的裝甲復(fù)合材料，以天然氣作動力的汽車發(fā)動機(jī)汽缸，機(jī)械驅(qū)動軸，高速路高架橋承載梁等，在基建、兵器、醫(yī)療器械、體育休閑用品等領(lǐng)域都存在巨大的市場潛力。芳綸是一種高強(qiáng)度纖維，可以用 1層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 6層尼龍簾子布，不僅減輕了重量，而且摩擦阻力小、操控穩(wěn)定性好，適合高速行駛。加拿大的一家汽車公司認(rèn)為，目 前碳纖維的價格對價值 20萬美元的汽車是可接受的，他們研制的 C7豪華雙人旅游車便采用了 CFRP部件，該車的空氣動力學(xué)車頭和儀表板均是由 CFRP制成的。包括車身和底盤基座等在內(nèi)的大多復(fù)合材料部件采用低成本的整體成型技術(shù)，既提高了性能，又降低了成本。 CFRP材料由德國 Tenax公司生產(chǎn)提供。這種輕質(zhì)化材料的汽車將改進(jìn)其燃料效率，輕質(zhì)化材料部件的剛性比鋼制部件高，在高風(fēng)阻力下具有良好穩(wěn)定性，這一點(diǎn)對賽車和運(yùn)動型車而言更為重要。 Zoltek公司總裁確信，碳纖維將引起汽車工業(yè)革命性的變革。 對于未來的汽車工業(yè)，碳纖維復(fù)合材料將成為汽車制造的主流材料。 MW級的風(fēng)機(jī)葉片長度在 40m以上， 10MW級的風(fēng)機(jī)葉片長度達(dá) 60m，必須采用碳纖維復(fù)合材料才能滿足葉片輕質(zhì)、高強(qiáng)度和高模量的要求。據(jù)預(yù)測，未來 10年內(nèi)，全球風(fēng)能市場將保持每年 20%的增長速度，每年新增風(fēng)電裝機(jī)容量將由 20xx年的 2萬 MW增加到 2017年的 MW；全球風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘恳矊?20xx年的 MW增至 2017年的 MW。其中增強(qiáng)型碳 /碳復(fù)合材料最為重要，需要耐受航天飛機(jī)再入大氣層時 1700℃的高溫。 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料也被用于航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等。碳 /碳和碳 /酚醛復(fù)合材料用于彈頭端頭、發(fā)動機(jī)噴管喉襯等耐燒蝕部件的防熱，如美國“侏儒”、“民兵”、“三叉戟”等戰(zhàn)略導(dǎo)彈；碳纖維復(fù)合材料用于固體發(fā)動機(jī)殼體，如美國“大力神 4”火箭、法國的“阿里安娜 2”火箭改型、日本的 M5火箭等的發(fā)動機(jī)殼體，其中使用量最大的是美國赫克里斯公司生產(chǎn)的抗拉強(qiáng) 度為 IM7碳纖維。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能， 被看成是一種理想的航空航天結(jié)構(gòu)材料，近 40年來，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用得到長足的發(fā)展。但是，硼纖維生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，硼纖維本身粗硬，很難在結(jié)構(gòu)上推廣應(yīng)用。在碳纖維之前，曾經(jīng)開發(fā)過硼纖維， 1960年鎢絲芯硼纖維開始了小批量的生產(chǎn)，硼纖維直徑約 100μ m，其彈性模量達(dá) 400GPa，拉抗強(qiáng)度達(dá) 3800MPa；環(huán)氧增強(qiáng)的硼纖維（ VF≈ 60%）彈性模量達(dá) 200GPa（相對密度≈ ），是玻璃纖維復(fù)合材料的彈性模量 40GPa（相對密度≈ ）的 5倍，約是鋁合金的彈性模量 70GPa（相對密度≈ ）的 3倍。通常玻璃纖維復(fù)合材料的密度要 高出碳纖維復(fù)合材料的 1/3以上，其抗拉強(qiáng)度僅是碳纖維復(fù)合材料的 2/3，而其模量則不到 1/3，滿足不了高性能飛機(jī)的要求。 為了提高和改善飛機(jī)性能，早在 20世紀(jì) 50年代，美國空軍材料實驗室（ AFML）就開始尋求一種新型的結(jié)構(gòu)材料，碳纖維復(fù)合材料正是在這種背景下被列入發(fā)展計劃。 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用 碳纖維復(fù)合材料主要是以滿足航空航天對高性能材料的要求而發(fā)展起來的。力學(xué)性能測試表明，經(jīng)濃硝酸 90min處理后復(fù)合材料達(dá)到了較好的力學(xué)性能， 彎曲 強(qiáng) 度 和 模 量 由 處理 前 的 927MPa和 59GPa提 高 到 1198MPa和 65GPa， 層 間 剪切 強(qiáng) 度也 由 處理 前 的 34MPa提 高 到 58MPa。 復(fù) 合材料 的層 間 剪切 強(qiáng) 度 (ILSS)測 試 表 明 ， 預(yù) 輻 照 處理和氧 化 還 原 法 丙 烯 酸處理使復(fù) 合材料 的 ILSS強(qiáng) 度 提 高 了 16%左右 ， 與 此 同 時 復(fù) 合材料 的 拉伸 強(qiáng) 度 只 是 有 輕 微 的 下降 。 4 Zhiwei Xu等分別利用氧化還原法和γ射線預(yù)輻照法用丙烯酸對碳纖維 進(jìn) 行表 面 處理， 用 處理 后 的 碳 纖維 與 環(huán) 氧 樹脂 制備 成復(fù) 合材料 。 Kingsley K C Ho等 用常壓等離子處理碳纖維，當(dāng)處理后碳纖維表面的氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 %時，碳纖維 /聚偏氟乙烯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度由處理前的225MPa提高到 465MPa，彎曲模量由 80GPa提高到 110GPa，短梁強(qiáng)度由 到 21MPa。 材料 的 彎曲 強(qiáng) 度 和 模 量 較 原 PMMA提 高 了 166%和 171%。 Masahiro Toyoda等先將碳纖維在 HNO3電解質(zhì)溶液中恒電流電解，然后在1000℃下使其剝離，制備成為納米或亞微米 級 的 碳 纖維 原 纖 (Excfs)。 材料 的 I型 和 II型 層 間斷 裂韌 性 分 別 提 高 了 13%和 28%。 Benham Ashrafi等先對單壁碳納米管進(jìn)行預(yù)處理，使其能更好地在環(huán)氧中分散，然后與單向碳纖維制備成為復(fù)合材料。經(jīng) 苯酚 處理 后 ，復(fù) 合材料 的 彎曲和層 間 剪切 強(qiáng) 度 分 別 提 高 了 100%和 112%。 Li Jin等用碳纖維作為工作電極，用循環(huán)伏安法或計時電位法，分別將苯酚、間苯二胺、丙烯酸的電聚合物沉積在碳纖維表面。接枝的碳納米管有效地增加了纖維和 樹脂的接觸面積，使載荷更有效地在纖維樹脂界面?zhèn)鬟f，表面接枝后的纖維拉伸強(qiáng)度 單 絲 拔 出 試 驗 較 原 纖維 下降不 到 10%，但是 其 復(fù) 合材料 的界面 剪切 強(qiáng) 度 卻 提 高 了 94%。對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的研究主要集中在對纖維進(jìn)行改性、對樹脂基體進(jìn)行改性和改善纖維和樹脂基體的粘接性能這幾個方面。碳纖維廣泛應(yīng)用于航空、交通運(yùn)輸、建材等領(lǐng)域外 ,在體育休閑和一般產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛 .的發(fā)展 ,80年代中期 , 碳纖維在體育用途方面的消耗量超過宇航用途 ,同時在開發(fā)低電壓 或電磁界面隔板塑料結(jié)構(gòu)件及智能材料方面有著巨大潛力。 碳纖維按原料分類可分為聚丙烯睛基 (PAN)碳纖維、瀝青基碳纖維、膠粘基和酚醛樹脂碳纖維 ,目前主要以 PAN碳纖維、瀝青基碳纖維為主。 碳纖維由石墨層片為基本結(jié)構(gòu)單元組成亂層石墨結(jié)構(gòu) ,數(shù)十張層片組成石墨微晶 ,再由石墨微晶組成原纖 ,進(jìn)而形成沿纖維軸擇優(yōu)取向的同質(zhì)多晶結(jié)構(gòu)。但我國碳纖維的品質(zhì)、產(chǎn)量與日、美等國比較至少落后 20年 ,其主要原因是原絲品質(zhì)沒有真正過關(guān) ,其次 生產(chǎn)規(guī)模小 ,技術(shù)設(shè)備落后 ,產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定 ,生產(chǎn)效益差。早在 20世紀(jì) 60一70年代 ,在國家有關(guān)部門支持下 ,十幾家科研單位就已開始碳纖維研究工作。目前世界碳纖維生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國臺灣省 ,其中日本的三家企業(yè) :東麗公司、東邦公司和三菱人造絲就占據(jù)了全世界 78%左右的產(chǎn)量。 碳纖維國內(nèi)外發(fā)展概況 碳纖維發(fā)展最早可追溯到 1860年 ,絲開始 ,1880年 碳絲燈泡 ,而真正有碳纖維工業(yè)化是從 1959年美國聯(lián)合碳化物公司 (UCC)粘膠基碳纖維 (CF)工業(yè)化。而復(fù)合材料界面問題牽涉面很廣，它與增強(qiáng)體、基體組分、表面性質(zhì)、偶聯(lián)劑、復(fù)合工藝、工作條件環(huán)境等因素有關(guān)?？刂平缑娼Y(jié)合強(qiáng)度的最關(guān)鍵因素是對碳纖維進(jìn)行表面處理，增加碳纖維表面有效官能 團(tuán)。近些年來，該類碳纖維復(fù)合材料在工程中的應(yīng)用迅猛增長，主要是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料，用于飛機(jī)制造、汽車制造、造船、化工、家具與電氣設(shè)備等領(lǐng)域，特別是在航空、艦艇、核能等領(lǐng)域尤其受到重用，新型的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料己經(jīng)從試用到生產(chǎn)、從單個零件到大面積使用、從軍用產(chǎn)品到民用產(chǎn)品均得到迅速的發(fā)展，大規(guī)模采用復(fù)合材料的日子己經(jīng)為期不遠(yuǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。 研究背景、目的及其意義 碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料是較常見的碳纖維復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。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(fā)生物理變化。熱固性樹脂由反應(yīng)性低分子量預(yù)聚體或帶有活性基團(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，形成不熔不溶的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。它具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強(qiáng)、便于大面積整體成型以及具有特殊電磁性能等特點(diǎn)，已經(jīng)成為最重要的航空結(jié)構(gòu)材料之一。其中纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù) 合材料因有比強(qiáng)度高、比模量大、比重小等特點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用。第二階段， 20世紀(jì) 60年代研制的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 。復(fù)合材料是材料領(lǐng)域的后起之秀，它的出現(xiàn)帶來了材料領(lǐng)域的重大變革，從而形成了金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料和復(fù)合材料多角共存的格局。 Tensile properties。 抗彎性能 Carbon Fiber / UHMWPE Composites and Physical and Mechanical Performance Test Abstract： The topic select highstrength Carbon fiber as a reinforcing material, Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene as the content of Carbon fiber / UHMWPE specimens, and their physical and mechanical properties were measured, research Carbon fiber on the properties of posite materials and Carbon fiber in the posite role. Through the carbon fiber / UHMWPE specimens tensile and flexural properties of the test found that: adding Carbon fiber in UHMWPE can significantly improve the posite materials mechanical properties, such as tensile and bending properties have been enhanced to varying degrees. With the Carbon fiber content in the posite material in the share increases, and the pressure to pull off the force required to break the posite materials is growing, that the posite tensile and pressive breaking. Breaking capacity is gradual