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碳纤维增强复合材料基础知识?
文章出处:精久机械     人气:1045     发表时间:2018-07-12

碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料,简称碳纤维复合材料。

它是一种高性能纤维,在建筑结构中的使用量最大。在保护气氛中的有机纤维在施加张力牵引下,经过热处理碳化而成为含碳量90%以上的碳纤维。

CFRP材料最初应用于航天工业,这项技术在20世纪70年代已渐趋成熟。20世纪60年代,美国开始把CFRP材料应用在土木工程领域。但当时实验结果不理想,而且试验费用很高,所以FRP材料在土木领域的研究与应用在其后二十多年里没有很大的进展。直到80年代,欧美、日本和澳大利亚等国才开始重视相关应用研究。

一、CFRP的种类和构造

0CFRP是如何制造出来的呢?首先碳纤维只是一种纤维,只用它是无法制造出部件的。所以,碳纤维要和树脂一起制成复合材料使用。根据所用树脂种类的不同,以及碳纤维品种、状态(可制成织物及短纤维等多种形态)的不同,制成的CFRP的特性也大不相同。单是主要的中间基材(成型材料)就有4种。这些中间基材及成型材料对应的主要成型方法也不一样。

二、热硬化性和热可塑性

CFRP使用的树脂有两大类,一类是环氧树脂及非饱和聚酯树脂等热硬化性树脂,另一类是聚丙烯(PP)及聚酰胺(PA)等热可塑性树脂。这两种树脂的特性有所不同。

热硬化性树脂在碳纤维浸渍阶段为低粘度单体,之后,随着成型时的加热发生聚合,变成聚合物(树脂)。由于聚合反应需要一定时间,因此成型周期通常较长。利用制造飞机结构件时使用的热压罐法,加热时间达到2~4小时。

而使用热可塑性树脂时,其成型与通常的树脂成型基本相同,小尺寸部件的射出成型可在10秒内完成,即便是非常大的大尺寸部件的冲压成型,也可在1分~数分内完成。由于加工效率高,因此可轻松实现低成本化。不过,与热硬化树脂相比,热可塑性树脂的熔融粘度较高,所以加工大尺寸部件时必须使用大型冲压机。 


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