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炭纤维增强树脂基复合材料
发布时间: 2022/4/22
         炭纤维增强树脂基复合材料
  复合材料是由两种或两种以上的单一材料,用物理或化学方法经人工复合而成的一种材料。它通常是由高强度、高模量和脆性的分散相作为增强体,低强度、低模量和韧性的连续相作为基体,经过一定的成型加工方法制成,两种材料在性能上互相取长补短,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
  纤维增强树脂基复合材料中,作为增强纤维的主要有炭纤维(CF)、硼纤维(BF)、凯芙拉纤维(KF)、碳化硅纤维(SF)和氧化铝纤维(AF)五大类型,炭纤维的性能居于五大纤维之首。目前研究的多为炭纤维增强各种树脂基体的复合材料,且随着材料的成型工艺日趋成熟其应用领域也由最初的次承力结构转变为主承力结构,在2006年完成全球适航的空客A380飞机中采用的树脂基复合材料比例高达51%,其主要包括飞机的垂尾、机翼前缘和中央翼盒等关键部件。本节主要介绍炭纤维增强树脂基复合材料的概况。
  炭纤维增强树脂基复合材料与传统金属材料和无机非金属材料相比,具有以下优势:
  ①比强度和比模量高。强度和模量与材料的密度之比称为材料的比强度和比模量,是衡量材料承载能力的指标之一。虽然树脂基复合材料的绝对强度低于金属,但由于树脂的密度低,所以其比强度、比模量要高于金属。如炭纤维增强环氧树脂基复合材料的比强度是钛的4.9倍,比模量是铝的5.7倍多。
  ②具有各向异性和可设计性。金属材料和无机非金属材料都是各向同性的均质材料,而纤维增强树脂基复合材料是各向异性的非均质材料,因此其设计性要比金属复杂,但可进行优化控制。
  ③良好的抗疲劳性。树脂基复合材料中存在不同的相和界面,它们可以阻止或减缓裂纹的扩散,从而推迟疲劳和破坏的发生。
  ④良好的尺寸稳定性。在各结构材料中,纤维增强树脂基复合材料的尺寸稳定性较好。如炭纤维的热膨胀系数非常小,树脂基的热膨胀系数,适于制造温度变化较大的制件。
  ⑤成型工艺好。可任意成型,一次成型出整体构件等,从而提高构件的承载能力。
  除此之外,树脂基复合材料还具有良好的耐化学腐蚀性、减振性、电性能和热导率低等优点。
 
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