碳纤维复合材料加工技术研究
T1000 级碳纤维及其复合材料研究与应用进展
摘要本文介绍了T1000 级碳纤维的发展历程，综述了T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。
1引言碳纤维是一种碳元素组成占总质量90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。
最早可追溯至18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。
T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。
高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。
目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。
碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。
根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是T1000 级碳纤维的研制有很大困难。
T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。
由于T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。
2T1000 级碳纤维性能研究现状1962 年正式开展PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出T1000G 碳纤维。
2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出T1100G 碳纤维，2017 年 6 月强度由6600MPa 更新至7000MPa，目前东丽已完成了T1200 碳纤维的量产。
碳纤维复合材料孔加工质量试验研究
本文在一定试验条件下 ，开展 ＣＦＲＰ的孔加工试 验 ，对 比钻孔和螺旋孔加工质量 ，分析孔加工缺 陷存 在的原因，对孔加工质量进行评价 ，分析孔加工方式 的可行 性 。
１ 试 验 １．１ 试 验设备
（１）机床 ：瑞士 Ｍｉｋｒｏｎ ＵＣＰ ７１０五坐标高速加工 中心 。
（２）刀具 ： ｍｍ 的 ＰＣＤ涂 层 钻 头 ；外径 为 ４）６ ｍｍ 的 ＰＣＤ铣 刀 。
关键 词 碳 纤维复合 材料 ，钻 孔 ，螺 旋铣 削
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｈｅ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｔｈｅ Ｈｏｌｅ—Ｍａｋｉｎｇ ｉｎ
Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ
Ｗａｎｇ Ｚｈｅｎ Ｌｉｕ Ｈａｎｌｉａｎｇ Ｌｉ Ｌｉａｎｇ Ｑｉ Ｂａｏｙｕｎ
（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｈｏｌｅｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｆ ｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ（ＣＦＲＰ）ｐａｒｔｓ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎａ ｌ ｈｏｌｅ—ｍａｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｄａｍａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆ ｉｂｅｒ ｐｕｌｌｏｕｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｄｒ ｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ
碳碳复合材料制备工艺及研究现状
2、科研院所和企业的研发团队 及其成果
目前，国内外众多科研院所和企业都在积极开展碳碳复合材料制备工艺的研 究和开发工作。其中，中国科学院、清华大学、北京大学、浙江大学、上海交通 大学等高校和研究机构在碳碳复合材料的制备工艺方面取得了重要进展。众多企 业在碳碳复合材料的产业化方面也取得了显著成果，
（4）加工和成型：将表面处理后的碳纤维增强基体进行加工和成型，得到 所需的形状和尺寸。
2、碳碳复合材料制备中的关键 问题和解决方案
碳碳复合材料制备过程中的关键问题包括炭纤维或炭化纤维的制备、基体与 炭纤维或炭化纤维的界面结合、表面处理的效率和一致性等方面。针对这些问题， 目前的研究主要集中在以下几个方面：
研究现状
1、国家政策支持及项目进展情 况
近年来，各国政府纷纷出台相关政策和项目，支持和推动碳碳复合材料的研 究和应用。例如，中国政府在“十三五”国家科技创新规划中提出要大力发展新 型复合材料，并将碳碳复合材料列为重点发展的领域之一。同时，国内外众多科 研机构和企业也在积极投入研发和生产，推动碳碳复合材料制备工艺的发展和应 用。
引言
随着科技的不断进步，碳材料因其独特的物理、化学性质而受到广泛。特别 是纤维素碳化制备碳材料，由于其来源广泛、环保且具有优异的性能，在能源、 环保、材料等领域具有广泛的应用前景。因此，研究纤维素碳化制备碳材料的工 艺具有重要意义。
文献综述
纤维素碳化制备碳材料的研究可以追溯到20世纪60年代，随着科技的不断进 步，这一领域的研究取得了长足的进展。以前的研究主要集中在碳化温度、时间、 气氛等因素对纤维素碳化过程的影响上。近年来，研究者们还致力于探索纤维素 碳化过程中的反应机理，以及如何提高碳材料的性能。尽管取得了一定的进展， 但仍存在许多问题需要解决，例如如何提高碳材料的质量和产量，以及如何实现 工业化生产。
新型碳纤维复合材料的研究与应用
新型碳纤维复合材料的研究与应用1. 引言新型碳纤维复合材料是一种通过将高强度的碳纤维与树脂等材料进行复合而得到的材料，其使用范围十分广泛，可以应用于航空航天、轨道交通、汽车制造、建筑工程等领域。
本文将探讨新型碳纤维复合材料的研究及应用，介绍其结构及性能特点，并对其应用前景进行展望。
2. 碳纤维复合材料的结构及性能特点碳纤维复合材料可以分为两种结构类型：层板和纺织品。
层板结构是将碳纤维成层堆叠，每一层纤维方向不同，然后通过热压加固而形成一个具有强度和刚度的结构。
纺织品结构是由单纤维绕成一个三维空间的网状结构，然后通过树脂浸涂和热压加固而形成更为复杂的结构。
无论是层板结构还是纺织品结构，碳纤维复合材料都具有以下性能特点：(1) 高强度、高刚度：碳纤维本身的强度和模量很高，而将其与树脂等绑定材料复合后可以形成一种更加坚固和强大的材料。
(2) 质量轻：与其他结构材料相比，碳纤维复合材料具有更轻的重量，这使得其在航空航天、轨道交通等领域的应用有了更大发挥空间。
(3) 耐腐蚀：所有类型的碳纤维复合材料都具有卓越的耐腐蚀性能，这使得其在恶劣环境下的使用更为可靠。
(4) 高温性能：碳纤维复合材料可以在高温环境下工作，并且具有良好的抗高温性能。
(5) 难加工性：碳纤维本身是一种很脆弱的材料，难以加工和修复，而且切割和钻孔碳纤维板材会对材料性能产生不良影响。
3. 新型碳纤维复合材料的应用随着碳纤维材料制造工艺的不断提高和技术的发展，新型碳纤维复合材料在各行各业的应用也越来越广泛。
下面分别介绍几种应用领域：(1) 航空航天领域：在航空航天领域，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机和宇宙飞船的制造，主要用于制造飞机机身、机翼，以及宇宙飞船的壳体等，并且还可以用来制造高温高压的涡轮叶片等零件。
(2) 轨道交通领域：碳纤维复合材料具有质量轻、强度高的优点，适合用于高速列车、地铁车辆等轨道交通的制造，可以提高运行速度和安全性。
(3) 汽车制造领域：在汽车制造领域，碳纤维复合材料可以用于制造车身、车速器罩、悬挂系统等部件，可以大幅度降低汽车的重量和提高燃油经济性。
碳纤维及其复合材料研究进展
碳纤维及其复合材料研究进展（江苏理工学院材料工程学院12110116 于小健）摘要：本文在对碳纤维介绍的基础上，简单阐述了碳纤维的结构、特性及分类，并着重介绍了碳纤维复合材料的性质、分类、应用及成型方法，包括手糊成型，树脂传递模塑，喷射成型，注射成型，纤维缠绕成型及拉挤成型工艺。
关键词：碳纤维；复合材料；分类；成型Research progress of carbon fiber composite material Abstract: Based on the introduction of carbon fiber, briefly discusses the structure, characteristics and classification of carbon fiber, and emphatically introduces the properties of carbon fiber composite materials, classification, application and molding method, including hand lay-up molding, resin transfer molding, injection molding, Forming and pultrusion fiber windingKeywords: carbon fiber; composite material; classification; molding0.序言碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纤维复合材料的制备和性能研究
碳纤维复合材料的制备和性能研究复合材料作为一种新型材料，由于其具有结构轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能，在航空、航天、汽车、船舶等众多领域得到广泛应用。
碳纤维复合材料是其中一种材料，由于其高强度、低密度、高刚度和优良的热稳定性等特点，已经广泛应用于各种高端产品，如飞机、汽车、大型模具、船舶制造等领域。
本文主要介绍碳纤维复合材料的制备和性能研究方面的进展和成果，对于进一步研究这种材料的应用前景和发展具有参考价值。
一、碳纤维复合材料的制备碳纤维复合材料的制备是一个复杂的过程，需要对材料的性质进行深入的了解，并结合实际生产情况进行设计和试验。
一般来说，碳纤维复合材料的制备分为以下几个步骤：1、预制备碳纤维碳纤维是制备碳纤维复合材料的关键组成部分，其质量对复合材料的性能起到至关重要的作用。
碳纤维的质量受到多种因素的影响，如选择的原料、生产工艺、热处理方式等。
通常采用纤维束成型、碳化及氧化等工艺制备碳纤维，确保碳纤维的品质。
2、浸渍树脂将预制的碳纤维放入树脂中，使其充分浸泡。
树脂中的成分可以根据需要调整，以达到预期的力学性能。
3、热固化热固化是碳纤维复合材料制备的关键步骤之一。
材料通过温度和时间的控制，让树脂变成固体，并在碳纤维表面形成一层牢固的化学键连接。
通过这一步工艺，可以提高碳纤维复合材料的强度和刚度。
4、精加工精加工是制备碳纤维复合材料的最后步骤。
通过对材料进行切割、抛光、打磨、胶接等方式，可以获得一定形状、尺寸和光泽度的制品。
精加工过程中需要注意不要损伤材料的表面和内部结构，保证材料性能的完好。
以上是碳纤维复合材料制备的主要步骤，整个制备过程需要物理学、化学、材料学等多学科的知识和技术的支持，且需要结合多种因素综合评估生产效果。
二、碳纤维复合材料的性能研究碳纤维复合材料具有优良的力学性能、热性能和热膨胀性等特点，但其性能亦受制备过程中的各种因素影响。
为了更好地应用这种材料，需要对其性能进行全面研究和分析。
CFRP孔加工
碳纤维复合材料CFRP钻削加工技术的研究CFRP概念：工程用复合材料一般由较强的、脆性的、高模量的材料和较弱的、韧性的、低模量的材料组成。
在复合材料中前者被称为增强体，后者被称为基体。
碳纤维增强复合材料(简称碳纤维复合材料)是以碳或石墨纤维为增强材料、以树脂为基体的复合材料。
碳纤维复合材料具有比强度和比模量高、抗疲劳性能好、耐热性能优良等优点。
碳纤维复合材料属于难切削加工材料，它性脆、强度高、碳纤维硬度大、导热能力差，导热系数只为奥氏体不锈钢的1/5~1/10。
碳纤维的高硬度使得刀具磨损快、刀具耐用度低。
另外碳纤维复合材料各向异性，层间强度低，切削时在切削力作用下容易产生分层、撕裂等缺陷，钻孔时尤为严重，加工质量难以保证。
传统方法钻削碳纤维复合材料存在的问题：碳纤维是由纤维和基体组成的二相或多相结构，是非均质和各向异性的，且硬度很高，钻头磨损严重，刀具耐用度很低。
孔加工质量极差。
孔虽然被钻出，但完全没有金属材料孔那样完整规则的形状，并伴有撕裂、劈裂、起毛、分层等缺陷产生。
切屑多为粉尘，容易污染环境，危害人的健康；另外切屑的导电性易使电器设备和电网短路。
提高钻头的耐磨性及防治粉尘污染的方法：改进钻头材质，提高钻头的耐磨性，钻削碳纤维复合材料时，切削温度不高，一般在50~200℃之间。
刀具磨损的原因主要是磨料磨损，采用高硬度刀具材料。
粉尘污染的防止，可以在钻削过程中加入水性切削液，使粉尘被水性切削液带走，而不散布到空气中去。
加入水性切削液对刀具耐用度及制孔质量毫无影响。
碳纤维复合材料加工孔的缺陷：主要表现在：①孔出口撕裂和起毛；②孔壁周围材料发生分层；③孔壁表面粗糙及微裂纹；④入口劈裂；⑤孔形不圆及尺寸误差。
分层指由层间应力或制造缺陷等引起的复合材料铺层之间的脱胶破坏现象，这里的分层指的是钻孔过程中主要由轴向力作用引起的孔壁周围材料发生的层间分离现象。
撕裂发生在孔的出口侧的最表面一层，并沿孔出口侧最外层纤维方向扩展。
碳纤维复合材料的制备技术及应用
碳纤维复合材料的制备技术及应用第一章碳纤维复合材料的基础知识和特性碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂基材料组成的复合材料。
其特性主要体现在以下几个方面：1. 强度高：碳纤维具有高强度和高模量的特点，其拉伸强度可达3Gpa以上，是钢铁的6倍。
2. 轻质化：碳纤维比钢铁轻约5倍，比铝轻约1.5倍，适用于制造高速运动器械和高性能航空器。
3. 抗腐蚀：碳纤维复合材料不易腐蚀，可以耐受高温和强酸碱等恶劣环境。
4. 难加工：由于碳纤维比钢铁和铝重量轻，密度小，因此碳纤维复合材料需要特殊的技术才能加工。
第二章碳纤维复合材料的制备技术碳纤维复合材料的制备主要包括以下几个步骤：1. 碳纤维预处理：碳纤维来自于煤炭或其他有机材料，必须经过高温炭化和拉伸成为直径在5-10μm之间的细长纤维。
这些碳纤维需要经过表面处理，使其具有活性和亲和性，以便树脂能够渗透在其中。
2. 材料混合：将经过处理的碳纤维和树脂混合均匀，通常使用手工混合或者机械混合方法。
机械混合主要使用高剪切力的混合器，将碳纤维和树脂搅拌均匀，以保证树脂能够均匀地渗透到碳纤维内部。
3. 成型：将混合好的材料放入模具中，进行压制、固化等处理，以使其成型成为所需形状。
4. 后处理：成型后的碳纤维复合材料需要进行后处理，例如切割、钻孔、表面打磨等，以达到所需的精度和光洁度。
第三章碳纤维复合材料的应用碳纤维复合材料在航空航天、汽车、运动器材、建筑等领域均有广泛的应用。
下面介绍几个典型的应用案例。
1. 航空航天领域：碳纤维复合材料由于强度高、轻质化的特点，被广泛应用于航空航天器的导弹、运输机、直升机等结构件中，例如美国的F-35隐形战斗机就大量使用碳纤维复合材料。
2. 汽车领域：碳纤维复合材料的轻质化特点使其成为汽车制造领域的热门材料。
例如法拉利的新款超跑FXX K就使用了碳纤维复合材料制造车体，以达到更高的性能和速度。
3. 运动器材领域：碳纤维复合材料在自行车、高尔夫球杆、网球拍、皮艇等运动器材中得到了广泛应用，其轻质化和强度高的特点使得运动器材更加耐用和易于操作。
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碳纤维复合材料加工技术研究
一、前言
碳纤维复合材料是一种非常重要的材料，在航空航天、汽车、
体育器材等领域得到广泛应用。
而碳纤维复合材料加工技术则是
让碳纤维复合材料真正发挥作用的关键技术。
本文将从碳纤维复
合材料的特性、加工方法、加工工艺、加工设备、应用现状等方
面展开探讨，共同研究碳纤维复合材料加工技术的研究现状，并
提出对未来加工技术的展望。
二、碳纤维复合材料的特性
碳纤维复合材料是由高强度碳纤维和树脂等基材复合而成的一
种材料，具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、抗疲劳等特性。
除了常规的压缩、拉伸、弯曲的力学性能，碳纤维复合材料还具
有极好的层板间剪切性能。
但是，碳纤维复合材料的加工难度较大，加工过程中易引起裂纹、扭曲等问题，影响材料性能。
三、常用加工方法
1、手工层板法
手工层板法是最基本的制作碳纤维复合材料的方法，其工艺简单，操作较为容易，适用于制作小批量产品。
但是由于手工制作
不可避免的存在差异性，所以制作出来的产品质量无法得到保证。
2、模压法
模压法采用模具对预浸制复合材料进行加压加热，使树脂固化，制成基板或者零件。
模具材料常用的有金属、石膏、泡沫等。
优
点是能够实现高精度的产品，缺点是生产过程中需要花费大量的
时间修改模具设计。
3、自动层板法
自动层板法采用数控机床实现对预浸碳纤维布料的自动层叠，
这种方法能够生产高精度的产品，且能够大批量生产。
但是成本
较高，成型时间较长。
四、常用加工工艺
1、切割：主要采用剪切器、锯切机、水切割机、激光切割机等。
2、钻孔：采用多轴机床进行钻孔操作。
3、修边：采用砂轮机、铣床、镊子、刮刀等进行修边操作。
4、预制件的加工：采用模具进行模压或自动层板制作等。
五、常用加工设备
1、预浸碳纤维布料
2、自动层板机床
3、CNC机床
4、水切割机
5、激光切割机
6、多轴钻孔机床
6、应用现状
碳纤维复合材料在运动器材、汽车、航空航天、航空航天、医疗等领域得到了广泛应用。
例如，碳纤维复合材料的高强度、高刚度、耐疲劳的特性使其成为现代飞机、汽车使用的重要材料。
同时，在运动器材领域，碳纤维复合材料质量轻、强度高的特点使其成为了高档竞技体育器材的优选材料。
七、未来展望
随着技术的不断发展，碳纤维复合材料的性能得到不断提升，例如，SPS自动生产技术，可以生产具有各向同性的碳纤维复合材料。
同时，随着碳纤维复合材料的普及，其生产成本也会逐渐降低。
在应用方面，随着航空航天、汽车、体育器材等行业的不断发展，碳纤维复合材料的应用范围也不断扩大。
八、结论
碳纤维复合材料加工技术是使碳纤维复合材料发挥作用的关键技术，其研究现状包括碳纤维复合材料的特性、加工方法、加工
工艺、加工设备、应用现状等方面。
未来，随着技术的不断进步和应用范围的不断扩大，碳纤维复合材料的加工技术也将不断提升，碳纤维复合材料的应用也将更加广泛。