碳纤维复合材料的表界面24页PPT

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《碳纤维材料》PPT课件

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• (2)现场施工方便:没有湿作业和明火施工,占用场地 小,也不需要大型施工机具,因此施工方便、工效高、施 工质量容易得到保障。
• (3)使用范围广:可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟 囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点 的加固中,具有其他加固方式无法比拟的优势,与混凝土 的有效接触面积可达100%。
• • (2)加强结构粘结破坏面特性研究。 由于碳纤
维加固混凝土后, 粘结区域由多种材料的混合体组 成,各区域材料性能差异性较大, 结构的传力方式 和受力状态相当复杂、产生多种破坏模式, 而其中 的结构断裂碳纤维剥离破坏更加复杂, 因此必须加 强该方面的研究。
对碳纤维加固提出的建议
• (3)加强粘结胶的研究。 在碳纤维加固混凝土结构主要 是利用碳纤维优良物理力学性能对结构进行加固, 结构的 加固质量主要取决于碳纤维与混凝土两者之间粘结情况, 在混凝土一纤维粘结面如果能保证粘结质量就可以充分发 挥碳纤维作用, 否则就不能充分发挥碳纤维性能, 降低了 结构的加固效果。 碳纤维在600℃高温下性能保持不变, 在-180 ℃低温下仍具有很好的韧性, 适用性较广, 但对 于粘结胶, 当温度超过60 ℃ 时就开始软化, 温度超过 80℃ 时强度明显降低, 目前我国对粘结胶的研究较少, 还不成熟没有形成统一的标准, 因此需要加强对粘结胶的 研究、开发及应用, 如抗高温胶和抗低温胶等, 从而扩大 实际工程的应用范围。
• (2)施工便捷,施工工效高,没有湿作业,不需大型 施工工具,无需现场固定设施,施工占用场地少,成 品幅宽可以为20 cm, 30 cm, 50 cm, 100 cm,每卷长 度50~100 m,现场使用时可以根据需要用剪刀或 刀片裁剪。粘贴碳纤维材料法是粘贴钢板施工工 效的4~8倍。

碳碳复合材料ppt课件

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循环浸渍-碳化曲线反映了浸渍-碳化工艺特点:
❖ 在进行1~3次浸渍碳化时,复合材料的密度增加较快, 从预制体密度(约1.2~1.3g/cm3)增加到1.6g/cm3以上;
❖ 从第四次循环浸渍碳化开始,则每次复合材料的密度增 加相对较慢。
❖ 为了减少浸渍-碳化次数,提高浸渍碳化效率和改善复 合材料的性能,一般采用真空压力浸渍工艺,形成了压 力浸渍碳化工艺(PIC, Pressure Impregnation Carbonization)。并且在沥青液态浸渍-碳化工艺中得 到应用。
沥青碳化率=0.95QI+0.85(BI-QI)+(0.3-0.5)BS
因此,沥青的碳化率随高分子量芳香族化合物的含量增加而增加。 最高的碳化率达90%,但与碳化时的压力有关。当碳化压力增强时, 低分子量物质挥发气化,并在压力下热解得到固态沥青碳。
★ 沥青碳化特性
★ 沥青碳化特性
沥青的压力碳化经历以下过程:
沥青液态压力浸渍-碳化 工艺是在常压、250℃下先浸 渍,然后在此温度下加压至 100MPa压力下继续浸渍,再 此压力下经650℃碳化。
同样需经历多次PIC工艺 使/C复合材料致密化。
● HIPIC工艺
HIPIC工艺是热等静压浸 渍碳化工艺(Hot Isostatic Pressure Carbonization),即 在等静压炉中进行PIC工艺。
沥青、树脂浸渍-碳化与CVD裂解碳填充孔隙的区别
C/C复合材料CVD/CVI工艺的种类主要有:
❖ 等温 (Isothermal)法; ❖ 压力梯度 (Pressure gradient)法; ❖ 温度梯度(Thrmal gradient)法; ❖ 化学液气相沉积法(Chemical Liquid Vapour

碳纤维材料PPT优秀课件

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六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定,甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性,树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右,陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
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四、耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出,它几乎是纯碳,而碳又是 最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外,对酸、碱和有 机化学药品都很稳定,可以制成各种各样的化学防腐制品。 我国已从事这方面的应用研究,随着今后碳纤维的价格不 断降低,其应用范围会越来越广。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时,很少磨损,用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料,已作为飞机和汽车的刹车片材料。
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碳纤维原丝企业
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就全球碳纤维产能来看,前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上,其中 Toray 产能占比 18%
全球前 5 大碳纤维生产企业产能占比 61%
全球小丝束碳纤维行业集中度
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主要碳纤维企业产品领域
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碳纤维材料
碳纤维的分类
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碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基 碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维
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根据丝束大小可分为: 大丝束 • 工业级 • 每束碳纤维的根数等于或大于 46000-48000根。 • 一般指48~480K • 价格便宜。

碳纤维复合材料的表界面

碳纤维复合材料的表界面
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复合材料界面的控制
❖ 复合材料界面的控制是通过界面粘合状态、界面层特性的调 整及控制以使复合材料达到最佳的综合(如强度、韧性等方面) 性能。 ❖ 孤立地将界面认为是零厚度的二维面,仅考虑该面两侧的粘 接问题是远远不够的。 ❖ 界面是具有一定厚度的、存在于增强纤维与树脂基体之间的 过渡区。 ❖ 探讨界面层所需的性能,调整界面相结构,来控制复合材料 的性能。
structure and property characters of the interlayer
A. 非单分子层,其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样 界面区至少包括: 基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分;
B. 具有一定厚度的界面相(层),其组成、结构、性能随厚度方向 变化而变化,具有“梯度”材料性能特征;
碳纤维非氧化处理:主要用于C/C复合、CMC、MMC复合体系。
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碳纤维表面的含氧官能团的数量起着决定性作用, 数量越多结合力越强。碳纤维表面含氧官能团主要有羧 基、羟基和羰基等。
碳纤维表面官能团与树脂之间相互作用示意图
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臭氧氧化法
臭氧氧化法: 碳纤维表面的不饱和状态的碳原子进行氧化,使 其生成含氧官能团。
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界面残余应力
1)热残余应力 热膨胀系数的不同、环境温度的变化是多组分材料存在热残余
应力的根本原因。 高性能树脂基复合材料多半高温固化成型,成型温度与使用温
度有很大差别;增强纤维与基体间热膨胀系数也存在很大差异。 2)固化残余应力 环氧、酚醛、不饱和聚酯、聚酰亚胺等树脂,在固化过程中都
伴随着体积收缩。 纤维具有较高模量,树脂基体的固化收缩会在材料内部形成很
碳纤维电化学表面处理前后XPS表面化学分析结果

碳纤维及其复合材料PPT课件

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含碳量95%左右的称为碳纤维; 含碳量99%左右的称为石墨纤维。 优点:碳纤维比重小、比强度、比模量大,耐热性 和耐腐蚀性好,成本低,批量生产量大,是一 类极为重要的高性能增强剂。
第2页/共65页
用碳纤维制成的树脂基复合材料比模量比钢和铝合金高5倍,比强度高3倍以 上; 同时耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀性能均优越
石墨层片的缺陷 及边缘碳原子
基本结构单元
石墨微晶
原纤维构成碳纤维单丝
二级结构单元
碳纤维的三级结构单元
第38页/共65页
石墨微晶在整个纤维中的分布是不均匀的,碳纤维由表皮层和 芯子两部分组成,中间是连续的过渡区。 皮层的微晶较大,排列较整齐有序,占直径的14%,芯子占39 %,由皮层到芯子,微晶减小,排列逐渐紊乱,结构不均匀性愈 来愈显著。
美国的碳纤维主要用于航空航天领域,欧洲在航空航天、体育用品和工业方 面的需求比较均衡,而日本则以体育器材为主。
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6.2 碳纤维的制备
很多纤维能用溶液纺丝或熔融纺丝来制作!!! 面条?? 粉丝?? 一些高分子丝??
碳纤维能不能用这两种方式呢??
在空气中在350℃以上的高温中就会氧化;在隔绝空气 的惰性气氛中,元素碳在高温下不会熔融,但在3800K以 上的高温时不经液相,直接升华,所以不能熔纺!!
碳在各种溶剂中不溶解,所以不能溶液纺丝。
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6.2 碳纤维的制备
在惰性气氛中将小分子有机物(如 烃或芳烃等)在高温下沉积成纤维。 此法用于制造晶须或短纤维,不能用 于制造长纤维。
将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维, 然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化,使 有机纤维失去部分碳和其他非碳原子,形成以碳 为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤 维。

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碳纤维复合材料的用途
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等 基体复合,制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂 复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有 结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲 劳特性等有严格要求的领域,在要求高温、化学 稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科 学技术的需要而产生的,现在还广泛应用于体育 器械、纺织、化工机械及医学领域。
⑵碳纤维各工艺分担成本见表3
碳纤维的成本构成见图4
碳纤维产业链
碳纤维价值链
碳纤维价值链的说法是:从石油原料到碳纤 维,增值关系是1 到3,而把碳纤维做成复 合材料,增值可以到10。而国际上还有一个 类似的说法:一个工业用碳纤维复合材料零 件的成本构成,其中碳纤维和树脂的成本占 25%,把碳纤维转成预浸料或编织布(我们 称之为纤维材料),转化成本为15%,而把 纤维材料制造成复合材料构件,需要60%的 成本,原因是这个过程的边角废料太多,主 要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。
1、高强度(是钢铁的5倍) 2、出色的耐热性(耐受2000℃以上的高温) 3、出色的抗热冲击性 4、低热膨胀系数(变形量小) 5、热容量小(节能) 6、比重小(钢的1/5) 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
我国碳纤维市场特点及商机展望
2 国际碳纤维利润与成本
⑴根据2001~2002 年的数字,国际主要碳纤维厂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 润情况见表2(平均行业利润率:15.7%)
碳纤维复合材料
班级:10级高分子材料与工程 姓名:曾雅丽 学号:20104181016
BUSINESS
前言
一、碳纤维复合材料的概况 二、碳纤维复合材料的结构 三、碳纤维复合材料的用途 四、碳纤维复合材料的优势 五、我国碳纤维市场特点及商机展望 六、结论

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表6-7 C/C在航天飞机上的应用 表6-8 C/C在战略导弹上的应用。
图6-1 C/C在航天飞机上的应用部位
航天飞机表面温度
C/C在航天飞机上应用部位
图6-2 导弹鼻嘴
6.5.2 刹车材料方面的应用
法国欧洲动力公司大量生产C/C刹车片,用 作飞机(如幻影式战斗机)、汽车(如赛 车)和高速火车的刹车材料。
T-50-221-44
X-y向
Z向
1.9
ATJ-5 结晶向 ⊥结晶向
1.83
拉伸强度 24
140
126
39.6
30.5
/MPa
2500
280
231
54.3
43.4
抗拉模量 24
59.4
52.4
11.7
7.8
/GPa
2500 40.9
30.5
11.2
7.4
断裂延伸率 24
0.18
0.2
0.45
0.54
三、CVD法的优缺点
优点:基体性能好,且与其他致密化工艺 一起使用,充分利用各自的优势。可以将 CVD法和液态浸渍法联合应用,可以提高 材料的致密度。
缺点:沉积碳的阻塞作用形成很多封闭的 小空隙,得到的C/C复合材料密度低。
表6-6 树脂/沥青浸渍与CVD制C/C复合材料 性能比较
6.5 C/C复合材料的应用
波音747上使用C/C刹车装置,大约使机身 质量减轻了816.5kg。
日本C/C用作飞机刹车材料已有10年的历史。 日本协和式超音速客机共8个轮,刹车片约 用300kgC/C复合材料,可使飞机减轻 450kg。用作F-1赛车刹车片,可使其减轻 11kg。
6.5.3 其他方面的应用

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航天飞机
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(2)航空工业 用作主承力结构材料,如主翼、尾翼和机 体;次承力构件,如方向舵、起落架、副 翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等,
此外还有C/C刹车片。
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(3)交通运输
用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等
制件;船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼 雷快艇、快艇和巡逻艇,以及赛艇的桅杆、 航杆、壳体及划水浆;海底电缆、潜水艇、 雷达罩、深海油田的升降器和管道。
碳纤维构件 试验
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碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的 结构加固技术,它是利用树脂类粘结材料 将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对 结构及构件加固补强的目的。
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碳纤维瓦
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2007年5月10日,荷兰建成世界上最长的碳 纤维复合材料桥。该桥长24.5米,宽5米。
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(6)其它工业 化工用的防腐泵、阀、槽、 罐;催化剂,吸附剂和密封制品等。生体 和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X光 机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和 剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极 度、音响、减磨、储能及防静电等材料也 已获得广泛应用。
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目前主要生产黏胶纤维的原料主要有木浆 型和棉浆型两种浆粕,俄罗斯和白俄罗斯 主要采用木浆型,我国主要采用棉浆型。 以黏胶丝为原料制碳纤维碳化得率只有 20~30%﹐这种碳纤维碱金属含量低﹐特 别适宜作烧蚀材料。
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2.沥青基碳纤维
沥青基碳纤维分为两大类:一类是通用级, 由各向同性沥青制造纤维;另一类是高性能 级,由各向异性中间沥青制造纤维。以沥青 纤维为原料时﹐碳化得率高达 80~90%﹐ 成本最低﹐是正在发展的品种。
2
碳纤维概念
碳纤维是复合材料 碳纤维是一种纤维状碳材料。呈黑色,坚 硬,是一种强度比钢的大、密度比铝的小、 比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、 又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、 热学和力学性能的新型材料。
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