复合材料论文碳纤维复合材料的成型工艺与应用现状 .docx

复合材料概论 课程论文 碳纤维复合材料的成型工艺与应用现状 院 、 部： 材料与化学工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2020/11/3 PAGE PAGE 2 PAGE PAGE 2 摘要 本文简述了碳纤维复合材料的性能、特点、成型工艺及应用领域现状、碳纤维复合材料的主流加工工艺，阐述了碳纤维复合材料在航空航天、汽车、风电、体育休闲等领域的应用现状，研究了该产业的发展趋势，并且提出了相关建议。 关键字：碳纤维；复合材料；成型工艺；应用；趋势 Abstract In this paper, the performance, characteristics, molding technology and application field status of carbon fiber composite materials, the mainstream processing technology of carbon fiber composite materials are briefly described. The application of carbon fiber composite materials in aerospace, automobile, wind power, sports and leisure fields is described. The development trend of the industry is studied, and relevant suggestions are put forward. Keywords:carbon fiber;composite material;molding process;applicaton; tren PAGE PAGE 2 引言 碳纤维复合材料(CFRP)是20世纪兴起的一种新材料。1879年爱迪生曾用纤维素纤维，如竹、亚麻、棉纱为原料，首先制得碳纤维并获得专利，但当时的碳纤维力学性能低，工业化程度也低，并未得到发展。到1950年，由于火箭、航天及航空等尖端技术的发展，迫切需要比强度、比模量高和耐高温的新型材料，另一方面，采用前驱纤维为原料经热处理的工艺可制得碳纤维连续长丝，这一工艺奠定了碳纤维工业化的基础。在美国空军基地，人们首先通过在2000℃拉伸人造丝来准备CFRP，然后CFRP进入了一个快速发展的时期。它是由聚丙烯腈(PAN)、粘胶纤维和沥青经预氧化、碳化制成的耐高温、高强、高模的特种材料。其中，聚丙烯腈(PAN)基复合材料具有优异的力学性能和广泛的应用领域，是当今碳纤维的主要产品，其产量占世界所有碳纤维总产量的90%以上[1]。 碳纤维复合材料概述 碳纤维复合材料的特性 与其它材料比，CFRP具有如下特性[2]： (1)比强度、比模量高：CFRP的比强度比钢高5倍，比模量也比刚高。 (2)密度小，强度高：CFRP的密度是其它金属材料密度的0.5倍左右。高性能的CFRP强度能达到钢材的十几倍。 (3)抗疲劳特性好：CFRP的疲劳极限是拉伸强度的70%～80%，远大于一般金属的疲劳极限(40%～50%)。 (4)抗震性能好：CFRP中基体纤维界面可以吸收较大 的震动能量，因此抗震性能好。 (5)可设计性强：CFRP具有各向异性，可以通过改变各 铺层的方向和层数来得到满足强度、刚度和各种特殊需求。 (6)高温性能好：CFRO在400℃的高温下强度和弹性模 量几乎无变化，而铝合金在400℃下强度显著下降，弹性模量几乎下降到零。 (7)成型性好：易于大面积整体成型。 碳纤维复合材料的分类 碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量特种纤维，但几乎所有的碳纤维都将进一步加工成复合材料以供终端使用。碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料，以树脂、金属、陶瓷等作为基体材料，经过复合成型制成的结构材料。 与传统的金属材料相比，其具有密度小、比强度／比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳、耐高温、便于设计、易于大面积整体成型加工等优点［3］。按基体的不同，可分为树脂基复合材料（CFRP）、碳／碳复合材料（C／C）、金属基复合材料（CFRM）、陶瓷基复合材料（CFRC）及橡胶基复合材料（CFRR）等。CFRP是碳纤维最主要的消费领域，其在全球碳纤维复合材料市场中的消费占比约为80%。本文主要介绍我国CFRP的成型工艺、应用领域及现状。碳纤维复合材料分类如图1