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关于碳纤维增强树脂基复合材料的概述

更新于:2021-06-11   来源:   点击:115次

碳纤维增强树脂基复合材料是以碳纤维为增强体,树脂为基体的复合材料,树脂一般分为热固性和热塑性两大类,其中热固性的树脂成本低、与碳纤维复合后生产工艺稳定成熟,应用的比较多。常用的热固性树脂基有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等;常用的热塑性树脂基有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮。

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碳纤维增强树脂基材料始于上世纪60年代,作为新型材料中的一种,碳纤维增强树脂基复合材料的性能优势尤为突出。比如:

1.具有低密度和高比强度:碳纤维增强树脂基复合材料密度仅为钢材的1/5,钛合金的1/3,其比强度是高强度钢、超硬铝、钛合金的4倍左右,玻璃钢的2倍左右,而比模量却是他们的3倍;

2.具有良好的耐疲性能:在静态下,钢材所能承受的极限强度只有50%左右,但碳纤维增强树脂复合材料可以在经过100多次循环测试后还能承受高达90%的极限强度应力;

3.具有良好的耐磨耐压性能,耐水性、耐腐蚀性优良;

4.具有近乎为“0”的热膨胀系数,导电性能与电磁屏蔽性能良好。

根据制备需求,碳纤维复合材料大致可以分为短切纤维和连续纤维两种类型。其中采用连续性纤维增强的复合材料机械性能更好,但由于成本较高,暂时不能实现大规模的生产,短切纤维复合材料与连续性纤维复合材料相比,机械性能稍微逊色,但也可采用模压成型、注射成型和挤出成型等工艺。博实认为,出于成本控制和机械性能的双重考虑,需要在设计前期选择合适的原材料。

碳纤维增强树脂基材料起初大规模的应用在航空航天领域,比如卫星的太阳翼、空间望远镜的筒身、航天飞机的舱门等;随着航空航天技术的不断发展,民用飞机也开始广泛的应用,比如整流包皮、起落架舱门、垂直与水平方向的尾翼等;目前碳纤维的制造成本和生产工艺都得到很好的发展,汽车制造、海底油田、土木建筑、体育器材等都不断地出现了碳纤维身影。


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