碳纤维复合材料的性能20页PPT
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《碳纤维材料》PPT课件
• （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。
• （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
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
碳纤维及其复合材料PPT课件
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。
第6页/共65页
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。
第7页/共65页
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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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
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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。
碳纤维及其复合材料讲解 ppt课件
➢ 碳纤维制造工艺
1、聚丙烯腈PAN配液->纺丝（湿法/干喷湿纺） ->表面处理->收丝（PAN原丝）
2.
➢ 树脂基复合材料（CFRP/CFRTP)
1、基体树脂CFRP：环氧树脂EP、双马酰亚胺树脂BMI、 热固聚酯亚胺PI、氰酸脂.
2.CFRTP热塑性树脂:聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚醚砜主要 生产预浸带料。
总结
➢ 碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度、高刚度、抗疲 劳和耐腐蚀等优异性能。为了解决全球气候变暖、温室气 体排放的环境问题,碳纤维复合材料在大型飞机、风力发电 叶片、汽车部件、石油开采抽油杆、电力输送电缆等领域 的应用将推动节能减排的实现。碳纤维复合材料的使用实 现了材料的轻量化,从而达到了节能减排的目的,碳纤维复合 材料在这些领域的实际应用代表了其技术的成熟度和水平。 随着国产化碳纤维制造关键技术的成熟,通过突破碳纤维复 合材料的低成本制造技术,实现国产碳纤维复合材料在节能 减排方面的应用是现实的。
CARBON FIBER AND ITS COMPOSITE MATERIALS
碳 纤维及其复合材料
张慧 冯浩辉 车腾伟
19 60
用当爱源世 的时迪于界 是的生 上 碳白发世最 纤炽明纪早 维灯电 的 。灯灯年碳
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
(2) C/C 复合材料
它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成， 主要由各类碳组成，即纤维碳、树脂碳和沉积碳。
这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐 磨损等特性外，还具有较高的断裂韧性和假塑性。在高温 环境中，强度高、不熔不燃，广泛应用于导弹弹头，固体 火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等领域。
碳纤维复合材料PPT课件
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
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
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究ppt课件
（2）用称重器和烧杯称量所需要质量的分散剂与固化剂。 （3）将一定量的环氧树脂与分散剂混合，然后加入超声分散好的改性碳纤维，最后加入 一定量的固化剂常温等待其固化，将制备好的样品进行力学性能测试。
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7
实验数据曲线
固化剂含量对环氧树脂复合材料力学性能的影响
图1 固化剂含量对纯环氧树脂抗压强度的影响 可编辑课件PPT
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18
致谢
感谢各位老师在百忙之中抽出时间对我的毕业设计进行答辩，您们 辛苦了！
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19
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wt%），倒入环氧树脂烧杯中，均匀搅拌混合样品，常温下固化制得环氧树脂样品。
2、碳纤维/环氧树脂样品制备：
（1）称取所需质量的碳纤维备用，碳纤维含量分别为5 vol%、10 vol%、15 vol%、20
vol%。将碳纤维在丙酮溶液中超声分散。
（2）称取一定量的环氧树脂，并称取所需要的固化剂质量。
（3）将超声分散好的碳纤维加入用分散剂稀释好的环氧树脂中，用玻璃棒充分搅拌，动作
幅度要小，避免能产生气泡，搅拌均匀后，加入固化剂。倒入模具中常温固化，便于测试其力
学性能。
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6
3、加入改性碳纤维的环氧树脂样品的制备： （1）将碳纤维放置在箱式电阻炉中于在400 ℃下氧化处理30 min，冷却到室温后备用。
将碳纤维放置在偶联剂（即KH550）丙酮溶液中改性处理，偶联剂的质量分数分别为0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%。
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17
（3）纯环氧树脂材料在120℃发生变形，在220℃变形量达到0.85%，改性碳纤维/ 环氧树脂复合材料在160℃未发生明显变形，在220℃变形量仅为0.58%，这表明改 性碳纤维/环氧树脂复合材料的高温尺寸稳定性好。 （4）摩擦磨损实验表明：随着摩擦时间和外加载荷的增加，所有环氧树脂及其复合 材料的磨损量都增加。在加载为20 N，摩擦60 min后，纯环氧树脂的磨损量是10.3 mg，碳纤维/环氧树脂的磨损量是6.2 mg，改性碳纤维/环氧树脂的磨损量是2.7 mg。 这表明在相同载荷下，改性碳纤维/环氧树脂复合材料具有最小的质量损失，其耐磨 性最好。
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7
实验数据曲线
固化剂含量对环氧树脂复合材料力学性能的影响
图1 固化剂含量对纯环氧树脂抗压强度的影响 可编辑课件PPT
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感谢各位老师在百忙之中抽出时间对我的毕业设计进行答辩，您们 辛苦了！
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wt%），倒入环氧树脂烧杯中，均匀搅拌混合样品，常温下固化制得环氧树脂样品。
2、碳纤维/环氧树脂样品制备：
（1）称取所需质量的碳纤维备用，碳纤维含量分别为5 vol%、10 vol%、15 vol%、20
vol%。将碳纤维在丙酮溶液中超声分散。
（2）称取一定量的环氧树脂，并称取所需要的固化剂质量。
（3）将超声分散好的碳纤维加入用分散剂稀释好的环氧树脂中，用玻璃棒充分搅拌，动作
幅度要小，避免能产生气泡，搅拌均匀后，加入固化剂。倒入模具中常温固化，便于测试其力
学性能。
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3、加入改性碳纤维的环氧树脂样品的制备： （1）将碳纤维放置在箱式电阻炉中于在400 ℃下氧化处理30 min，冷却到室温后备用。
将碳纤维放置在偶联剂（即KH550）丙酮溶液中改性处理，偶联剂的质量分数分别为0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%。
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（3）纯环氧树脂材料在120℃发生变形，在220℃变形量达到0.85%，改性碳纤维/ 环氧树脂复合材料在160℃未发生明显变形，在220℃变形量仅为0.58%，这表明改 性碳纤维/环氧树脂复合材料的高温尺寸稳定性好。 （4）摩擦磨损实验表明：随着摩擦时间和外加载荷的增加，所有环氧树脂及其复合 材料的磨损量都增加。在加载为20 N，摩擦60 min后，纯环氧树脂的磨损量是10.3 mg，碳纤维/环氧树脂的磨损量是6.2 mg，改性碳纤维/环氧树脂的磨损量是2.7 mg。 这表明在相同载荷下，改性碳纤维/环氧树脂复合材料具有最小的质量损失，其耐磨 性最好。
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料是近几十年来开发的先进材料，具有较高的强度和刚度，特别是在结构轻量化和高性能应用，以及机械和航空航天等领域深受
欢迎，成为现代工业中不可或缺的一部分。
本文将对碳纤维复合材料的性
能进行深入的研究，并探讨其在现代工业中的应用。
一、碳纤维复合材料概述
碳纤维复合材料是一种复合材料，是由碳纤维和其它种类复合而成的
材料。
它由高分子材料和短碳纤维组成，碳纤维可以是碳素物质的任何形式，也可以是合成或天然碳纤维。
由于碳纤维具有较高的强度和弹性系数，所以具有良好的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度，在结构轻量化和高性
能等领域得到广泛应用。
二、碳纤维复合材料的特点
碳纤维复合材料具有较高的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度。
碳纤
维复合材料的重量轻、密度小，比强度高，比模量大，具有良好的抗冲击性，弹性恢复性能好，抗潮解能力强，耐腐蚀性好。
此外，碳纤维复合材
料易于加工，可以用钻孔、切削、冲压、热成型等加工方法制作成各种复
杂结构的零件。
三、碳纤维复合材料在现代工业中的应用。
碳纤维复合材料简介.ppt
纤维分类
• 碳纤维 • 玻璃纤维 • 有机纤维
(Kevlar,Technora,Twaron,PBO,Vectran) • 金属纤维 • 合成塑料纤维
纤维分类
• PAN系碳纤维 • 沥青(Pitch)系碳纤维 • 螺萦(Rayon)系碳纤维
纤维分类
• 低模数碳纤维 • 一般模数碳纤维 • 一般强度,高强度 • 中模数碳纤维 • 高模数碳纤维 • 超高模数碳纤维
Reaction Injection Molding
Vacuum Molding (Autoclave)
SMC
Filament Winding
Resin Transfer Molding
BMC
Pultrusion
• TP—Thermoplastic:热塑性,具直链状化学 结构,可重复利用加热或冷却使材料软化或 固化
名词解释
• Tensile Strength(kg/mm2)—拉伸强度 • Tensile Modulus(ton/mm2)—拉伸模数 • Elongation(%)—伸长率 • Yield(g/m)—基重
复合材料简介
何谓复合材料
• 广义:包含一种以上之材料型态
• 狭义:即纤维补强塑料 (FRP Fiber Reinforcement Plastic)
复合材料组成
• 纤维(Fiber) • 基材(Matrix)—树脂 • 界面(Interface)
名词解释
• TS—Thermoset:热固性,受热硬化后成三度 空间网状交连的化学结构,不可溶或不能熔 融
复合材料制程
• Filament Winding • Resin Transfer Molding • Bulk Mold Compounding • Pultrusion • Others