碳纤维／橡胶复合材料的研究与应用
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。
碳纤维增强复合材料及其应用研究
目前，生产和销售的产品结构采用玻璃钢（复合材料， 主要成分是树脂和玻璃纤维）箱体，其导热系数为 0.4W/（nk）， 密度为 2.3g/cm，且具备较高的拉伸强度，是一种综合性能 优异的复合材料。随着材料技术的不断更新发展，市场对于 轻量化需求日益突出，然而，在现有玻璃钢材料基础上，其 结构形式已无法实现更高的减重目标。碳纤维复合材料具有 质轻、比强度高、比刚度大、抗疲劳好、减震性好等特点， 本文将对不同铺层结构的碳纤维复合材料进行分析，结合产 品进行轻量化设计应用研究。 1 碳纤维增强复合材料
7.8
1.08
210
制造技术成熟，耐蚀性性好，成本低
机械性能较弱，强度偏低
1.5 ～ 2
2.0 ～ 7.0 200 ～ 700
力学性能优异，轻量化程度高
成本高，加工工艺复杂烦琐
1.4 ～ 2.5
1.5
42
优秀低绝缘、高低温及抗腐蚀能力，价格较低
性脆，耐磨性较差
保各部分的建设情况能够严格按照施工设计要求落实。 5 结语
（2）采用足够多的铺层，并使其纤维轴线与内力拉压 方向一致时，可以最大强度利用复合材料的高强度特性；
（3）避免相同纤维取向的铺层叠置； （4）对于较厚的层合板，相邻铺层纤维角度比一般不 超过 6°； （5）铺层中以 0°、±45°、90°的四种铺层角度， 每种占比应不少于 10%，以避免任何方向的基体直接受载； （6）载荷 0°方向时，避免采用 90°的层组，应该用
为了得到最优铺层方案，保证碳纤维复合材料满足刚 度需求，在初始设计过程中，根据铺层原理，选用环氧树 脂为基体，选用厚度为 0.3mm 的碳纤维板层，按照（0°、 45°、90°、-45°、0°）的铺层角度进行复合层板的设计， 本文以下所述碳纤维样片、碳纤维产品材料，均采用该铺层 方案进行设计和加工。 3 有限元分析及实验验证 3.1 有限元分析
碳纤维复合材料的发展及应用---丁建队
碳纤维复合材料的发展及应用——邳州高新区招商局丁建队1.1 碳纤维材料的历史背景碳纤维材料的发现和使用始于1860年斯旺制作碳丝灯泡,成为发明和使用碳纤维的第一人。
之后爱迪生使用竹丝制作碳丝作为灯丝，达到了照明45小时的效果。
20世纪90年代中期，美国、日本、英国相继开始展开对碳纤维材料的研究。
1972年，日本用碳纤维材料制造鱼竿，美国使用碳纤维材料制造高尔夫球杆，碳纤维材料开始应用于日常生活。
1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维。
其后，碳纤维材料趋向于高强度高弹性模量的方向发展。
如今，碳纤维材料已经广泛应用于建筑、航空航天以及汽车制造行业。
1.2 碳纤维材料的特性简介碳纤维材料是由碳元素构成的一种纤维材料，其在微观上呈类似人造石墨的乱层石墨结构。
碳纤维材料具有良好的物理化学性质。
碳纤维密度小、质量轻，密度为1. 5~ 2 g /cm3，它的比重不到钢的四分之一，但抗拉强度是钢的七到九倍，其良好的比强度使得其被广泛应用于航空航天等对重量限制要求苛刻的领域。
其化学性质同样良好，具有耐腐蚀，耐疲劳，耐高温和低温，同时其具有良好的导电性，介于金属和非金属之间。
除此之外，碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
[1]2 碳纤维材料的种类及其发展按碳纤维原丝不同主要可以分为:1.PAN基碳纤维；2.黏胶基碳纤维；3.沥青基碳纤维；4.酚醛基碳纤维。
2.1 PAN基碳纤维聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由聚丙烯腈经纺丝、预氧、碳化几个阶段形成。
PAN基碳纤维具有高强度、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。
目前，PAN基碳纤维仍是碳纤维市场中的主流。
PAN基碳纤维应用的主要领域有：航空航天工业，地面交通工具，如汽车、赛车、快速列车等，造船工业、码头和海上设施，体育用品与休闲用品，电子产品，基础设施以及造纸、纺织、医疗器械、化工、冶金、石油、机械工业等领域，要求零部件在高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀等环境下工作。
碳纤维复合材料应用研究报告进展
碳纤维复合材料的应用研究进展姜楠＜湖北大学材料科学与工程学院，武汉430062）摘要：本文概述了碳纤维复合材料vCFRP）的性能特点和应用研究进展。
简要介绍了碳纤维复合材料在大飞机制造业，深海油气田，非织造设备等方面的应用情况，碳纤维复合材料湿热性能和抗氧化烧蚀技术的研究进展以及国内外的研究状况。
关键词：碳纤维复合材料大飞机深海油气田非织造设备湿热性能抗氧化烧蚀技术应用研究1前言碳纤维复合材料＜CFRP）自20世纪50年代面世以来就主要用于军工，航天，航空等尖端科学技术领域，其高强、高模、轻质、耐热、抗腐蚀等独特的性能使其在飞机、火箭、导弹、人造卫星等方面发挥了巨大作用。
随着CFRP材料性能的不断完善和提高，其优越的性能逐步被认可及价格的大幅度下降，使得它在民用工业上的应用逐步扩大，目前在土木建筑、纺织、石油工业、医疗机械、汽车工业等领域得到了广泛应用。
2CFRP材料的性能特点碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。
其最高强度已达7000MPa ，最高弹性模量达900GPa,而其密度约为1.8~2.1g/cm3,并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。
碳纤维由高度取向的石墨片层组成，并有明显的各向异性，沿纤维轴向，强度高、模量高，而横向性能差，其强度和模量都很低。
因此在使用时，主要应用碳纤维在轴向的高性能。
[1-2]碳纤维是黑色有光泽，柔软的细丝。
单纤维直径为5~10pm，一般以数百根至一万根碳纤维组成的束丝供使用。
由于原料和热处理工艺不同，碳纤维的品种很多。
高强度型碳纤维的密度约为 1.8g/cm3,而高模量和超高模量的碳纤维密度约为1.85~2.1g/cm3。
碳纤维具有优异的力学性能和物理化学性能。
碳纤维的另一特征是热膨胀系数小，其热膨胀系数与石墨片层取向和石墨化程度有密切的关系。
碳纤维具有优异的耐热和耐腐蚀性能。
在惰性气氛下碳纤维热稳定性好，在2000C的高温下仍能保持良好的力学性能；但在氧化氛围下超过450C碳纤维将被氧化，使其力学性能下降。
碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用研究
碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用研究碳纤维复合材料一直以来在航空航天、运动器材等领域有着广泛的应用，而随着新能源汽车的快速发展，碳纤维复合材料作为一种轻量化材料也逐渐开始在新能源汽车领域得到应用。
汽车轻量化是新能源汽车发展的重要方向之一，而碳纤维复合材料因其优异的性能特点，在新能源汽车中的应用前景备受关注。
通过对碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用进行深入研究，可以更好地探索其在汽车轻量化、节能减排等方面的作用，为新能源汽车行业的发展提供有力支持。
一、新能源汽车发展现状及碳纤维复合材料的应用需求新能源汽车是指采用非传统燃料作为动力的汽车，主要包括纯电动汽车、插电混合动力汽车和燃料电池汽车等。
随着环境污染日益加重和传统能源资源的逐渐枯竭，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的环保选择，得到了各国相关部门和汽车制造商的高度重视。
在新能源汽车的发展过程中，轻量化技术被认为是提高能源利用率、增加续航里程、减少能耗排放的有效途径之一。
而碳纤维复合材料作为一种轻量化材料，具有高比强度、高模量、优异的耐腐蚀性和疲劳性能等优点，能够有效减轻汽车自重，提高汽车整体性能。
二、碳纤维复合材料在新能源汽车车身结构中的应用1.碳纤维复合材料在车身结构中的应用优势新能源汽车的车身结构对车辆的性能和安全性具有至关重要的影响，而传统的金属车身结构存在着重量较重、成本较高、制造复杂等问题。
碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成，具有轻质高强的特点，可以替代部分传统金属材料，有效降低车身自重，提高车辆整体性能。
此外，碳纤维复合材料还具有优异的抗腐蚀性和疲劳性能，延长了车身使用寿命，降低了维护成本。
2.碳纤维复合材料在车身结构中的具体应用在新能源汽车车身结构中，碳纤维复合材料通常应用于车身前部的防撞梁、车顶、车门、车盖等部位。
通过在这些部位使用碳纤维复合材料，可以有效减轻车身自重，提高车辆的燃油经济性和续航里程，同时还能提高车身的抗撞击性能和安全性。
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要碳纤维复合材料是一种具有很高强度和轻质化特性的新型材料。
它由碳纤维和树脂等基质材料组成，具有优异的力学性能和低密度，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。
本文将对国内外碳纤维复合材料的现状以及研究开发方向进行概述。
首先，国内外碳纤维复合材料的现状可以概括为以下几个方面。
一是碳纤维复合材料在航空航天领域的应用。
由于碳纤维复合材料具有高强度、低密度和热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天领域，如飞机机体、发动机和燃气涡轮等部件。
二是碳纤维复合材料在汽车领域的应用。
汽车制造商越来越倾向于采用碳纤维复合材料制作汽车车身和结构件，以提高汽车的燃油效率和减轻车重，提高车辆的性能。
三是碳纤维复合材料在体育器材领域的应用。
碳纤维复合材料制作的高级运动器材，如高尔夫球杆、网球拍和自行车等，具有很高的刚性和强度，能够提高运动员的表现水平。
四是碳纤维复合材料在船舶领域的应用。
船舶结构件的重量和强度对于船舶的性能至关重要。
碳纤维复合材料具有高强度和轻质化特性，因此被广泛应用于船舶制造，可以提高船舶的性能和节能减排。
接下来，本文将重点讨论国内外碳纤维复合材料的研究开发方向。
一是开发新型碳纤维原料。
目前，市场上主要使用的碳纤维原料是聚丙烯腈纤维。
研究人员正在开发新型纤维原料，如石墨烯、纳米碳纤维等，以提高碳纤维的力学性能和热稳定性。
二是改善碳纤维与基质材料的界面粘结性能。
碳纤维与树脂等基质材料的界面粘结性能对复合材料的力学性能和耐久性影响很大。
研究人员正在探索提高界面粘结性能的方法，如表面改性和介入增韧等。
三是提高碳纤维复合材料的制备工艺。
制备工艺是影响碳纤维复合材料质量的关键因素之一、研究人员正在开发新的制备工艺，如预浸法、纺丝法和层合法等，以提高复合材料的力学性能和制造效率。
四是研究碳纤维复合材料的寿命与损伤机理。
碳纤维复合材料容易受到外界环境和应力加载的影响，会出现疲劳和损伤现象。
碳纤维复合材料加工技术的研究与应用
碳纤维复合材料加工技术的研究与应用随着科技的不断发展，复合材料逐渐成为了许多行业不可或缺的技术之一。
碳纤维复合材料作为其中的一种材料，因其高强度、轻质、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能，已经被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
而碳纤维复合材料实际上是由树脂或金属等基础材料与碳纤维等增强材料相互结合而成的，加工和制造时需要高超的技术和技能。
因此，本文将探讨碳纤维复合材料的加工技术及其应用现状。
一、碳纤维复合材料加工技术1. 碳纤维制备技术：从最基础的碳纤维开始，碳纤维的制备工艺是很关键的工艺之一。
常用的制备技术包括纺丝、气相沉积、化学气相沉积等方法。
其中，气相沉积可以制备出高质量、高性能的碳纤维。
2. 树脂基础材料：树脂是复合材料的基础材料之一，树脂的种类和性能对复合材料的性能有着至关重要的影响。
应根据复合材料的应用环境来选择合适的树脂。
3. 复合材料的成型工艺：成型是复合材料加工的重要环节。
常见的成型工艺有手层叠、自动化生产线、热成型等。
这些成型工艺需要工人进行操作，并具备高超的技能和技术。
4. 碳纤维和树脂的配比以及处理方法：碳纤维和树脂的配比对复合材料的性能影响很大，因此需要合理的设计。
同时，对于树脂的固化处理也需要进行精准的调控，以达到最佳的固化效果。
5. 后续处理：复合材料的后续处理可以提高其性能和耐用度。
常见的处理方法有表面处理、机械加工、辅助材料添加等。
二、碳纤维复合材料的应用现状1. 航空航天：碳纤维复合材料因其轻质高强的特性在航空航天领域的应用较为广泛。
例如，Boeing787飞机机身和翅膀的超过50%使用了碳纤维复合材料。
2. 汽车制造：碳纤维复合材料的性能优越，在汽车制造领域应用日益广泛。
复合材料的重量轻，安全性好，能有效提高汽车的燃油效率。
3. 体育器材：碳纤维复合材料在体育器材的制造中也有着重要的应用。
例如，高尔夫球杆、便携式篮球架等都可以使用碳纤维复合材料制造，提高其性能和可持续性。
碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究
碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究碳纤维复合材料是一种具有高强度、轻质、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能的材料，广泛应用于航空、航天、汽车、轨道交通、船舶等领域，成为新一代高性能材料。
然而，碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究一直是研究的热点和难点之一。
本文将分析碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究现状，并展望未来。
一、碳纤维复合材料的实物强度研究1. 实物试验实物试验是研究碳纤维复合材料实物强度的重要方法。
通过实物强度试验，可以获得材料的实际强度和断裂韧性等基本性能指标。
根据试验方法的不同，可以分为单轴拉伸试验、双向剪切试验、缩径拉压试验、冲击试验等。
单轴拉伸试验是最常用的实物试验方法，通过拉伸试验机将样品施加单向拉伸力并测量应力-应变曲线，从而得到材料的拉伸强度、屈服强度、弹性模量和拉伸应变能等指标。
缩径拉压试验可以获得材料在径向压缩和拉伸状态下的强度和变形行为，适用于研究压缩和拉伸异向性。
冲击试验则可以模拟材料在受到冲击载荷时的响应，研究材料的韧性和抗冲击性能。
2. 实物强度影响因素碳纤维复合材料的实物强度受多种因素影响。
材料的纤维类型、体积分数和层叠方式对材料强度有很大影响。
纤维和基体之间的界面粘结力也是影响强度的重要因素。
此外，加工过程中的处理方式和温度等因素也会对材料强度造成影响。
3. 实物强度研究进展随着复合材料在工业领域的广泛应用，实物强度研究也得到了长足发展。
目前，国内外研究机构多采用复合材料的细观结构分析和材料力学性能测试相结合的方法进行研究。
此外，利用样本的数字化设计和孔洞、缺陷等不良状态的模拟，并通过计算机仿真技术对碳纤维复合材料的实物强度进行研究也越来越成为趋势。
二、碳纤维复合材料的模拟仿真研究1. 模拟仿真原理模拟仿真技术是一种基于数值计算方法的虚拟试验方法，能够通过计算机模拟材料受载情况，并得到物理量的计算结果，如材料应力、变形、破坏等。
这些计算结果可以帮助研究人员更好地了解材料的性能特点和响应规律。