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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划玻璃纤维复合材料与碳纤维复合材料强度对比评语：成绩：XX-XX第1学期复合材料课程论文姓名：李崴学号：XX0403B013学院：材料与化工学院年级：XX级专业：材料科学与工程指导老师：向道平老师碳纤维复合材料的特性与应用现状李崴XX0403B013海南大学材料与化工学院材料科学与工程专业海南海口摘要：本文主要阐述了碳纤维复合材料的独特的力学，耐腐蚀性，界面结合强度，吸波性等优良性能，进一步总结了碳纤维复合材料的应用领域的研究,最后指出了碳纤维复合材料未来发展的趋势并对其发展与应用前景
2、进行了展望。关键词：碳纤维复合材料性能应用0前言碳纤维(Carbonfiber，简称CF)是含碳量高于90%的无机高分子纤维，是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，也是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。作为优异的增强体，高性能碳纤维的加入能大幅提高材料的强度、模量、阻尼、减振性能、低热膨胀导电导热性好系数等优异性能，碳纤维增强复合材料(CFRP)是目前最先进的复合材料之一，在风力发电1、航空航天2,3、汽车4、建筑5-7、计算机8、空间光学结构9等领域有诸多的应用，逐渐成为现代高新技术领域最有应用前景的一种复合
3、材料。1碳纤维增强复合材料的特性碳纤维增强复合材料(CFRP)由于与传统材料相比具有独特的力学性能，电阻特性，耐磨损性，界面结合强度，吸波性等优良性能，在国内引起了广大科研工作者的兴趣和喜好，并在近今年取得了很多成就。强度金属材料在外载荷的作用下抵抗塑形变形和断裂的能力称为强度。根据受力种类的不同分为以下几种：(1)抗压强度-材料承受压力的能力；(2)抗拉强度-材料承受拉力的能力；(3)抗弯强度-材料对致弯外力的承受能力；(4)抗剪强度-材料承受剪切力的能力。本文将进行简单的阐述。抗拉强度由连续增强碳纤维和树脂基体组成的复合材料-碳纤维增强复合材料与传统加固材料相比，CFRP具有抗拉强度高、自
4、重轻、施工方便等优点10。罗小萍等11对炭纤维进行了表面化学镀镍处理，采用粉末冶金热挤压法将镀层炭纤维与镁基体复合，当炭纤维含量为%的镁基预制体采用压制压力为420MPa，烧结温度为550，保温后，480用280MPa的压力进行热挤压得到镀层炭纤维/镁基复合材料的抗拉强度达167MPa，同时硬度、屈服强度分别为120MPa，125MPa。弯曲强度艾娇艳等12将碳纤维增强聚碳酸酯(PC)与玻璃纤维增强聚碳酸酯(PC)复合材料性能对比进行了研究，发现碳纤维增强PC在机械性能、电性能和加工性等方面有明显的提高。随着碳纤维含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势。龚伟平等13采用溶胶-凝
5、胶法在炭纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过球磨混合均匀、热压烧结制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料，用三点弯曲法测试复合材料的弯曲强度。结果表明，球磨时间影响羟基磷灰石中炭纤维的长度及其分布，球磨时间以h为宜。表面涂层TiO2的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度比未涂层的高，尤以用丙酮除胶、盐酸与水量比例为:8进行TiO2涂层，得到的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度最高。在炭纤维表面均匀涂覆一层厚度合适TiO2薄膜有利于提高炭纤维增强羟基磷灰石复合材料的力学性能。抗压强度项东虎等14采用直碳纤维和螺旋碳纤维增强PTFE复合材料，发现直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势，螺旋碳纤维增强复合材料的硬度
6、则缓慢提高，两种纤维均可使抗压强度提高，且螺旋碳纤维的效果更为明显。断裂韧性高弹性模量的碳纤维对材料既能增强，又可显著增韧。碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高界面断裂韧性15；在水泥砂浆中掺入碳纤维可显著提高水泥砂浆的断裂韧度和断裂能，且随着碳纤维掺量的增加，断裂韧度和断裂能随之增大6，水泥基材料的密度和弹性模量降低、泊松比也随之增加16；采用碳纤维填充改善聚四氟乙烯(PTFE)，大大改善了纯PTFE的塑性性能14。耐磨性项东虎等14选用螺旋碳纤维(CMCs)和直碳纤维(SCF)填充改善聚四氟乙烯(PTFE)的综合性能。测试了纯PTFE及其复合材料的摩擦磨损、硬度、抗压强
7、度等性能，并利用扫描电镜对磨损表面及残留在表面的磨屑和转移膜进行形貌观察。结果表明：添加其中任何一种碳纤维都会不同程度地提高PTFE复合材料的摩擦因数，高载下的摩擦因数稍低于低载下的摩擦因数，另外，随着碳纤维含量的增加，其耐磨性能逐步提高，磨损率下降。灵敏性功能响应的机理碳纤维水泥基复合材料能以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。碳纤维水泥基复合材料界面性能对其功能响应特性的具体机理17为：碳纤维在拔出力的作用下，试样界面力及电阻变化率随着拉伸位移的增加而逐渐增大，当界面力达到极值时，纤维与基体间的结合被破坏，电阻迅速上升。试验所表现出的这种电学特性可用隧道效应理论来描述。界面应
8、力的作用使材料内部导电网络发生改变，引起隧道电流的变化，从而导致了电阻的变化。在荷载作用下，碳纤维水泥基复合材料通过界面将载荷传递给碳纤维，碳纤维和基体之间界面应力的变化导致界面结构变化，材料内部的导电网络发生改变，其电导率变化能够反映材料在受载过程中的应力-应变并具有灵敏的响应，材料表现出机敏性。连续碳纤维增强水泥基复合材料在弹性阶段，其电阻随拉力增大而可逆增大，随拉力减小而可逆减小18。电阻特性碳纤维水泥基复合材料CFRC电阻率19随着碳纤维体积分数的提高而下降；碳纤维掺入量存在一个饱和点，超过此饱和点，碳纤维水泥基复合材料的电阻率变化趋于稳定；碳纤维水泥基复合材料电阻率随加载频率的增大而
9、降低。不同成型压力制备的复合材料电阻率均随温度升高而呈先增大后减小的趋势20。较小成型压力制备的CFRC，其临界温度为75-100；较大成型压力制备的CFRC，其临界温度为100-120。杨淑霞21采用电镀Cu碳纤维与化学镀Cu的Ti3SiC2粉及Cu粉进行湿混，通过真空热压烧结法制备碳纤维增强的Cu-Ti3SiC2复合材料，电阻率随碳纤维含量的增加而增大；Ti3SiC2含量在15%-20%之间电阻率变化较大；在Ti3SiC2含量为20%，碳纤维含量为8%时，所制备的Cf-Cu-Ti3SiC2复合材料综合性能最好。温敏性碳纤维水泥基材料(CFRC)具有良好的温敏性22，在-10-60的温度范围
10、内，CFRC材料的电阻率随温度的升高而减小，灵敏度随着碳纤维掺量的增加而减小。在温度升高的初始阶段23，试件电阻率随温度的升高而下降，呈现NTC效应；当温度升高到一定数值，电阻率随温度的升高而逐渐升高，呈现出PTC效应，并且随着碳纤维掺量的变化，NTC/PTC转变温度也发生变化。界面结合强度XX年，陈腾飞等24用溶胶-凝胶法在炭纤维表面涂敷纳米级的TiO2涂层，并采用热压法制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料。结果表明，通过溶胶-凝胶法制备的TiO2涂层与炭纤维表面结合良好涂层后炭纤维增强羟基磷灰石中的炭纤维表面和周围羟基磷灰石以及炭纤维之间有纳米级TiO2纤维呈网状分布，将有利于提高炭纤维/羟基
11、磷灰石间的界面结合强度。XX年，王超等25采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂，酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应，而且酚醛树脂处理剂浓度越高，和炭纤维表面发生反应的基团也越多，表面越光滑平整，处理后的纤维复合材料断口，炭纤维纤维拔脱和界面开裂现象很少，断口有明显的剪切痕迹，由此可知酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善，而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。说明经酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。XX年，黄元飞等26发现涂层的碳纤维与Mg基体浸润性较差，碳纤维在Cf/Mg复合材料微观组织中分布不均匀，界面结合强度较弱。之后在碳纤维表面包覆Ni或SiO
12、2涂层使碳纤维与Mg基体的润湿性得到了改善；包覆Ni涂层的碳纤维在Mg基体中分布均匀，并在其界面处生成金属间化合物Mg2Ni，-诺贝尔学术资源网-材料资源-转国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向打印本页登录-注册-回复主题-发表主题XX-01-1517:37romanceliu查看完整版本:-转国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向一国外情况年世界碳纤维生产能力，实际产量约左右，其中日本约占。日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发，东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在世界市场上的主导地位，并纷纷实现从原丝到下游复合
13、材料一体化的配套生产体制，碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。随着航空航天飞行器各项性能的不断提高，对结构件用材料的性能要求也越来越高。今后日本先进复合材料的发展方向是：在增强材料方面，进一步提高碳纤维的强度和模量，降低成本；在树脂基体方面，主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性；在复合材料成型技术方面，进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术，从而同时提高复合材料性能降低制造成本。美国是碳纤维生产大国，更是消费大国，世界碳纤维以上的市场在美国。美国年碳纤维生产能力约为，其中卓尔泰克公司年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了条碳纤维
14、生产线，年的总生产能力达左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。它的产品有许多特色，最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。该公司生产的碳纤维价格已降至./，而日本东丽同类产品大约。在应用方面，美国摩里逊公司为达纳公司生产汽车传动轴，供通用汽车公司用；采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件，与钢材料相比，可减重。美国斯道顿复合材料公司开发碳纤维复合材料集装箱，重量轻、耐磨，在碳纤维价格降至./时，此集装箱的价格可与金属集装箱竞争。目前，美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场，即清洁能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电
15、机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。这是推动美国和世界碳纤维复合材料大发展的动力。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降，在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。除日美之外，德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。据预测，今后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。国外碳纤维及复合材料业已步入良性循环，而我国目前尚不具备国际竞争能力。我国当前及今后一个时期内最大的市场在体育用品方面。我国碳纤维及其复合材料业存在的几个问题为：原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等。二国内情况1.转自泰州市科协科技快讯总第110期：碳纤维取代钢筋钢筋是混凝土不可缺少的材料，现在日本科学家开发出利用碳纤维取代钢筋制作钢筋混凝土的技术。根据这项新技术，先将万根直径约7微米的碳纤维困在一起，制成30根碳纤维绳，然后呈螺旋状在骨架上缠绕碳纤维绳，只在连接处用树脂固定起来。整个工作由机
