碳纤维复合材料性能参数教学内容
碳纤维增强复合材料
石墨片层
（乱层结构）
碳纤维
碳纤维的结构
用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真 实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属 于乱层石墨结构,如右图所示： 构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由 层晶格组成层平面。在层平面内的碳原子以强的共 价键相连,其键长为0.1421nm;在层平面之间则由弱 的范德华力相连,层间距在0.3360～ 0.3440nm之间; 层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边 缘参差不齐。处于石墨层片边缘的碳原子和层面内 部结构完整的基础碳原子不同。层面内部的基础碳 原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表 面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 比较高。因此,碳纤维的表面活性与处于边缘位置的 碳原子数目有关。
碳纤维结构示意图
碳纤维的分类
3.碳纤维的分类: (1)根据碳纤维的力学性能可分为：通用级碳纤维（GP）和高性能碳纤 维（HP）,其中高性能碳纤维又包括中强型（MT）、高强型(HT)、超高 强型（UHT）、中模型（IM）、高模型（HM）和超高模型（UHM）等 几种,其高性能碳纤维（HP）的性能如下表
聚丙烯腈基碳纤维（PAN-based）:聚丙烯腈基碳纤维由聚丙烯腈经纺丝、预氧、 碳化几个阶段形成。具有高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电 性能等特点,并具有很强的抗压抗弯性能,一直在增强复合材料中保持着主导地位。
碳纤维 的分类
沥青基碳纤维（pitch-based）:沥青基碳纤维是以石油沥青或煤沥青为原料,经 沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制成。生产原料成本低于聚丙烯 腈基碳纤维。
（3）根据使用目的不同可选用各种基体材料和复合方式来达到所要求 的复合效果。碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷,而目前 使用得最多、最广泛的是树脂基复合材料。 i.碳纤维增强陶瓷基复合材料 陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性,广泛应用 于工业和民用产品。但是,它的致命弱点是脆性大,并且对裂纹、气孔和 夹杂物等细微的缺陷很敏感。用碳纤维增强陶瓷可有效地改善韧性,改变 陶瓷的脆性断裂形态,同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。目 前国内外比较成熟的碳纤维增强陶瓷基复合材料（Carbon Fibers Reinforced Silicon Carbide Ceramic Matrix Composites，CFRCMCs） 是碳纤维增强碳化硅材料,因其具有优良的高温力学性能,在高温下服役 不需要额外的隔热措施,因而在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领 域具有广泛应用。
碳纤维增强复合材料制备及其力学性能分析
碳纤维增强复合材料制备及其力学性能分析碳纤维增强复合材料是一种高性能的工程材料，其力学性能优异，因此广泛应用于汽车、航空航天、体育器材等众多领域。
本文将对碳纤维增强复合材料的制备及其力学性能进行分析。
一、碳纤维增强复合材料制备碳纤维增强复合材料的制备过程包括预处理、预浸、挤出成型和固化四个步骤。
1.预处理首先要进行的是碳纤维的表面处理，以提高其在树脂中的分散度和界面性能。
通常采用的表面处理方法有电弧放电、等离子体处理和化学处理等。
2.预浸将经过表面处理的碳纤维放置在树脂浸润槽中，使其充分浸润，形成预浸料。
预浸料的配方通常是30%～50%的树脂，剩余为固体颗粒如碳纤维、填充料和固化剂等。
3.挤出成型将预浸料置于挤出机中进行挤出成型。
通过不断旋转的螺旋挤出头，将材料挤出并压实，形成成型件。
挤出过程中需要控制温度和压力，以保证成型件质量。
4.固化将挤出成型的件放入固化炉中进行固化。
通常固化时间和温度均需控制，以保证材料的固化度和力学性能。
二、碳纤维增强复合材料力学性能分析碳纤维增强复合材料具有很高的强度、刚度和低密度等优点，因此应用领域十分广泛。
其力学性能通常分为强度、刚度和疲劳三个方面。
1.强度碳纤维增强复合材料的强度具体可分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度和弯曲强度等。
其中，拉伸强度是该材料的最大强度指标，引强强度也是一个很好的指标。
此外，断裂韧性、夹层剪切强度和冲击强度也是衡量强度的指标。
2.刚度碳纤维增强复合材料的刚度主要指该材料的弹性模量和剪切模量。
弹性模量是衡量该材料抵抗形变能力的能力指标，即杨氏模量，剪切模量则是衡量该材料抵抗剪切、扭矩变形能力的能力指标。
3.疲劳碳纤维增强复合材料的疲劳指标分为疲劳极限、疲劳损伤阈值和疲劳寿命。
其中，疲劳极限是材料能承受的最大循环载荷，疲劳损伤阈值是指材料的循环载荷量，其导致的裂纹扩展损伤是初始裂纹尺寸的特定百分比。
总之，通过合理的制备和分析，碳纤维增强复合材料可以具有优异的力学性能，为各种领域的工程应用带来创新和改变。
碳基纤维复合材料性能分析与评估
碳基纤维复合材料性能分析与评估第一章碳基纤维复合材料概述碳基纤维复合材料是由纤维和树脂基材料组成的一种高性能复合材料。
它具有优异的力学性能，如高强度、高模量、抗冲击、耐疲劳、耐腐蚀等。
由于碳基纤维具有轻质、高强度、高模量等特点，成为了制备高性能复合材料的首选材料之一。
碳纤维复合材料在航空、航天、汽车、运动器材、装备制造等领域都得到了广泛应用。
第二章碳基纤维复合材料的性能分析2.1 强度和模量碳基纤维强度和模量居于所有材料之首，其优良的强度和模量使碳基纤维复合材料在结构载荷应用中具有极佳的应力需求。
碳纤维和树脂的强度和模量也决定了碳纤维复合材料的性能，因此，对纤维和树脂的材料性质进行详细评估显得尤为关键。
2.2 抗冲击性碳基纤维复合材料的韧性、弹性和破坏性与其力学性能密切相关。
纤维和树脂的双重作用影响材料的韧性和弹性。
当重物或碰撞发生时，若材料无法承载变形能量，材料表面会裂纹、破裂导致材料失效。
2.3 耐疲劳性碳基纤维复合材料的耐疲劳性是指材料在长期应用过程中所表现的抵抗疲劳失效的能力。
碳基纤维复合材料各向异性和缺陷导致应力集中，增加了材料疲劳的风险。
在评估碳基纤维复合材料的耐疲劳性时，必须考虑材料的工作环境、荷载水平、环境因素和成型工艺等因素。
2.4 耐腐蚀性碳基纤维复合材料的树脂基材料通常易受化学物质腐蚀。
因此，在使用过程中要考虑各种工况，以保证材料的稳定性。
在实际使用过程中，如果碳基纤维复合材料长时间暴露在潮湿空气中或处于酸碱气氛下，就会导致树脂基材料的分解，从而降低整个材料的性能。
第三章碳基纤维复合材料的评估方法3.1 试验评估法试验评估法针对材料性能指标进行试验，包括拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、疲劳试验、腐蚀试验等方面。
通过试验评估法，可以对碳基纤维复合材料的力学性能、抗冲击性、疲劳性能和耐腐蚀性进行全面评估。
3.2 数值模拟评估法数值模拟评估法采用计算力学方法对碳基纤维复合材料进行力学和热力学相关的评估，例如有限元分析、计算流体力学等。
碳纤维及其复合材
模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活 力的一种成型方法。 力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入 金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。 金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。
模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种 可分为如下几种 :
• • • • • • • • • 短纤维料模压法、 短纤维料模压法、 毡料模压法、 毡料模压法、 碎布料模压法、 碎布料模压法、 层压模压法、 层压模压法、 缠绕模压法、 缠绕模压法、 织物模压法、 织物模压法、 定向铺设模压法、 定向铺设模压法、 预成形坯模压法、 预成形坯模压法、 片状模塑料模压法等。 片状模塑料模压法等。
碳纤维广泛应于体育用品方面有曲棍球杆、高尔夫球杆、 碳纤维广泛应于体育用品方面有曲棍球杆、高尔夫球杆、碳纤维滑 雪板、冰壶杆、碳纤维山地自行车等。 雪板、冰壶杆、碳纤维山地自行车等。
碳纤维复合材料在电线电缆中的应用 碳纤维复合材料在电线电缆中的应用
电缆相比， １．和同样直径的ACSR电缆相比，可以提供双倍的载流容量。 和同样直径的 电缆相比 可以提供双倍的载流容量。 有效解决电缆下垂问题。 ２．有效解决电缆下垂问题。 可以在更高的温度下工作，最高可达200摄氏度。 摄氏度。 ３．可以在更高的温度下工作，最高可达 摄氏度 线芯可以抗腐蚀，而且没有双金属间腐蚀问题。 ４．线芯可以抗腐蚀，而且没有双金属间腐蚀问题。 因为可以提供更高的载流容量，所以同时也有效的降低了工程成本。 ５．因为可以提供更高的载流容量，所以同时也有效的降低了工程成本。 与相同直径传统电缆相比可以多容纳28%的导体。 的导体。 ６．与相同直径传统电缆相比可以多容纳 的导体 高强度线芯可以有效减少电缆架的数量，或降低电缆架的高度。 ７．高强度线芯可以有效减少电缆架的数量，或降低电缆架的高度。 有效减少电缆下垂， ８．有效减少电缆下垂，使地面生物更加安全 。
复合材料第八章-碳纤维
碳纤维性能
碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成 的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料。 碳纤维不属于有机纤维范畴，但从制备方法 上看，它又不同于普通无机纤维。 ①碳纤维具有重量轻、比强度大、模量高、耐热性 高； ②化学稳定性好，除硝酸等少数强酸外，几乎对所 有药品均稳定；另外，碳纤维对碱也稳定。 碳纤维制品具有非常优良的X射线透过性，阻 止中子透过性，还可赋予塑料以导电性和导热性。 以碳纤维为增强剂的复合材料具有比钢强、比 铝轻的特性，是一种目前最受重视的高性能材料之 一。它在航空航天、军事、工业、体育器材等许多 方面有着广泛的用途。
复合材料
第三部分 复合材料的增强材料
教学目的:通过本章的学习，初步掌握碳纤维的发展 史、碳纤维的定义、碳纤维的制备原理及方法、结 构与性能、表面处理工艺，碳纤维的主要应用。 重点内容: 1、碳纤维的制备原理。 2、碳纤维结构与性能的关系。 3、碳纤维表面处理的原因及工艺。
第八章 碳纤维
1
难点:碳纤维的制备原理。 熟悉内容:碳纤维的发展历史及应用。
3、石墨化，碳化后纤维可经过石墨化，制造石墨纤 维。 在2500-3000度下，施加张力，并用保护气进行。 目的：使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使之 与纤维轴方向的夹角减少，以提高碳纤维的弹性模 量。
29
30
5
碳纤维（以PAN为原料） polyacrylonitrile 聚丙烯腈
原丝 制造 安定 化 硫 酸 脱 氢 ， 桥 接 反 应 ， 嘧 啶 聚 合 物 碳化 在 氮 气 中 加 热 一 千 至 两 千 度 稳定 化 碳 、 氮 等 结 合 反 应 ， 脱 氢 反 应 精整 表面 处理 表 面 形 成 氢 氧 基 ， 或 涂 有 机 聚 合 物
碳纤维板性能讲解详细版
碳纤维板性能讲解
碳纤维板加固法是碳纤维复合材料（简称CFRP）加固法中的一种，是用基体叠合为一体，从而达到加固目的的一种施工方法。
该方法通常用在混凝土楼板加固、桥墩加固、桥梁加固、桩柱、烟囱以及隧道衬砌等构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等工程中。
与碳纤维布相比，碳纤维板具有以下优点：
1、碳纤维板材更适用于采用预应力加固方式，更能充分发挥碳纤
维高强度作用，
2、施工方便，施工质量易于保证，
3、碳纤维板比碳纤维布易于保持纤维顺直，更有利于碳纤维发挥
作用，
4、一层1.2mm厚板相当于10层碳纤维布作用，
5、纤维板与纤维布相比更适合于砖混结构墙体的加固。
碳纤维板施工步骤
1、按照设计要求打磨粘接部位，直至露出混凝土硅面，并对裂缝、断面、段
差进行修复，然后按照设计的尺寸裁剪碳纤维板。
2、按照配比将配套碳纤维板粘接胶进行混合，搅拌均匀。
3、将需要粘贴的碳纤维板表面擦拭干净（如需粘贴两层时，对底
层碳纤维板两面均应擦拭干净），立即涂刷碳板胶，胶层呈凸起状，平均厚度要大于2mm.
4、将涂有碳板胶的碳纤维板轻压贴于打磨好的混凝土表面，用橡皮
滚筒顺纤维方向平稳压实，并且使碳板胶从两边挤出，保证密实无空洞。
5、需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。
如不能立即粘贴，再开始
粘贴前应对底层碳纤维板重新做好清洁工作。
6、除去两边多余的碳板胶，并清洁碳板的表面，根据需要对碳板
表面涂装保护层。
7、平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不应小于5mm.。
碳纤维增强复合材料的力学性能和设计
碳纤维增强复合材料的力学性能和设计一、什么是碳纤维增强复合材料在现代工业生产中，碳纤维增强复合材料是一种非常重要的新型材料，它不仅具有轻质、高强、高刚度等优良的物理力学性能，而且还具有较好的耐腐蚀性、耐磨性以及绝缘性。
碳纤维增强复合材料是由碳纤维和树脂、金属等复合材料制成的，这样的材料在现代航空、汽车、轨道交通、电子科技、船舶制造、体育器材等领域得到广泛的应用。
二、碳纤维增强复合材料的力学性能1、高强度：碳纤维的特殊结构和生长过程使得其具有很高的强度，而且这种强度与单向排列方向有很大关系。
因此，增强材料大多用于单向、对角和斜交等布局。
2、高刚度：材料的刚度是各个方向上的刚度之和，因此确定各向异性对基体中碳纤维增强材料的刚度起着决定性作用。
在各向同性材料的情况下，碳纤维增强材料通常具有比基体材料高几倍甚至十倍以上的刚度。
3、疲劳寿命较长：碳纤维增强材料的疲劳性能比其他材料要好，能够承受数百万次循环载荷，而且具有较长的使用寿命。
4、耐磨性强：碳纤维增强材料具有较高的物理力学性能，因此具有很强的耐磨性，特别适合用于制造高速运动的器械。
三、碳纤维增强复合材料的设计1、确定应用载荷：设计时必须要先明确碳纤维增强复合材料所要承受的载荷种类，包括静载和动载。
2、确定应变水平：应变水平是材料破坏的重要参数之一，针对不同应变水平设计不同的材料也是十分必要的。
合适的应变水平设计可以确保材料在特定要求下具有最佳性能。
3、确定强度参数：材料的强度是指承受载荷时材料破坏的极限值。
因此，通过实验和仿真计算来得到材料的破坏极限值，再以此为依据来确定设计强度决策。
4、考虑制造成本：设计材料必须要考虑到成本因素，包括制造、运输、安装等费用。
因此，在涉及到大批量生产时，提前考虑到成本问题十分重要，可以有效降低生产成本。
四、结论碳纤维增强复合材料在现代工业生产中具有十分广泛的应用，由于其具有很高的物理力学性能，设计时需要考虑的因素也比较多。
碳纤维及其复合材料讲解
碳纤维及其复合材料讲解引言碳纤维是近年来广泛应用于各个领域的一种先进材料，它具有低密度、高强度、高模量、耐热性等优异的性能，在航空航天、汽车、体育器材等领域有着重要的应用。
本文将对碳纤维及其复合材料进行深入讲解，介绍其结构、特性以及应用领域。
碳纤维的结构和制备方法碳纤维是由碳元素组成的纤维状材料，其结构由纯净的碳元素构成，具有高度有序的晶体结构。
碳纤维的制备方法主要包括聚丙烯纤维炭化法、聚丙烯纤维长丝法和聚丙烯纤维溶胶纺丝法等。
其中，聚丙烯纤维炭化法是最常用的方法，它通过将聚丙烯纤维经过预处理后进行高温炭化，得到纯净的碳纤维。
碳纤维复合材料的制备及特性碳纤维复合材料是将碳纤维与树脂基体进行复合制备而成的一种材料。
它具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等多种特性。
碳纤维复合材料的制备工艺主要包括预浸法、自动定型法和预浸层叠法等。
其中，预浸法是最常用的方法，它通过将碳纤维预先浸渍于树脂中，然后进行固化和压制，最终得到具有预定形状和性能的复合材料。
碳纤维复合材料具有优异的力学性能，其强度和刚度远远超过许多传统材料。
它还具有良好的耐热性和耐腐蚀性能，在高温和恶劣环境下能够保持较好的性能。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的阻尼性能，能够吸收和分散冲击能量，提高结构的抗震能力。
碳纤维及其复合材料的应用领域碳纤维及其复合材料在各个领域都有广泛的应用。
在航空航天领域，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机、卫星等结构中，以减轻重量并提高飞行性能。
在汽车领域，碳纤维复合材料能够替代传统金属材料，减少车身重量，提高燃油经济性。
在体育器材领域，碳纤维复合材料制成的高尔夫球杆、网球拍等器材具有轻盈、刚性等优势，提高了运动员的表现。
此外，碳纤维复合材料还广泛应用于建筑、能源、电子等领域。
在建筑领域，碳纤维复合材料能够替代传统的钢筋混凝土，提高结构的抗震性能。
在能源领域，碳纤维复合材料被用于制造风力发电叶片、太阳能电池等设备，提高能源转换效率。