三种T700级碳纤维及其复合材料性能比较-宇航材料工艺
碳纤维复合材料在航空中的应用

碳纤维复合材料在航空中的应用摘要:碳纤维复合材料由于其质轻高强的特点而在航空领域大量使用,主要介绍了其在飞机上的大量应用,期待我国碳纤维工业能早日达到先进水平。
关键字:碳纤维;碳纤维复合材料;商用飞机。
1引言碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。
碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。
碳纤维比重小,因此有很高的比强度。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。
因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
正是由于碳纤维在力学上的出色性能,碳纤维复合材料(CFRP)被广泛用于航空航天领域。
早在上世纪50年代就被用于火箭,而随着80年代高性能复合材料的发展,碳纤维复合材料的应用更加广泛。
不仅在火箭、宇航、航空等领域发挥着重要作用,而且广泛应用于体育器械,纺织、化工机械及医学领域。
2碳纤维复合材料在商用飞机上的应用复合材料诞生之时,就由于其质轻高强的性能而与航空航天器结下了不解之缘。
上世纪40年代开始,复合材料就被用于军用飞机的修补。
上世纪80年代,复合材料在商用飞机上得到逐步应用。
随之而来的碳纤维革命,尤其是中模量碳纤维性能的提高﹑技术的稳定,使得碳纤维复合材料最终被用于大型商用飞机的主结构。
以B787 和A350 为代表的大型商用飞机,其复合材料在飞机结构重量中的占比已经达到或超过了50%,最大的商用飞机A380 的中央翼也完全使用复合材料,这些都是复合材料在大型商用飞机上使用的里程碑。
t700碳纤维参数

t700碳纤维参数
【原创版】
目录
1.引言
2.什么是碳纤维
3.什么是 t700 碳纤维
4.t700 碳纤维的参数
5.结论
正文
【引言】
碳纤维因其具有的高强度、轻质、高模量等特性,被广泛应用于航空航天、汽车、电子、新能源等领域。
而在碳纤维的众多种类中,t700 碳纤维以其优良的性能而受到关注。
本文将对 t700 碳纤维的参数进行详细介绍。
【什么是碳纤维】
碳纤维是一种由碳原子通过共价键连接而成的长且细的纤维,其结构类似于石墨,但比石墨更坚硬,更轻,更具有弹性。
碳纤维具有高强度、高模量、轻质、耐腐蚀、抗疲劳等特性,因此被广泛应用于各种领域。
【什么是 t700 碳纤维】
t700 碳纤维是一种高模量碳纤维,其牌号“t700”来源于其拉伸模量(Young"s modulus)为 700 GPa。
它是由日本东丽公司研发并生产的一种碳纤维,具有优良的力学性能和化学稳定性。
【t700 碳纤维的参数】
t700 碳纤维的主要参数如下:
1.材质:碳
2.制造方法:碳化硅纤维
3.牌号:t700
4.拉伸强度:
5.8 GPa
5.拉伸模量:700 GPa
6.密度:1.8 g/cm
7.直径:5-6μm
【结论】
总的来说,t700 碳纤维以其高强度、高模量、轻质等特性,在航空航天、汽车、电子、新能源等领域有着广泛的应用。
国产T700级碳纤维表面特性对BMI复合材料湿热性能的影响

3
粒存在,这可能是由于萃取过程中残存的部分上浆剂或
2
(和)上浆剂与碳纤维原丝表面活性化学官能团反应引
1
起的。凸起的颗粒会增加碳纤维表面的粗糙度,碳纤维
1 2 3 4 5μm A、B 和 T700S 表面粗糙度值分别为 34.8nm、46.5nm 和 30.7nm,可以看出碳纤维 B 表面粗糙度最大,T700S 最
层间剪切强度按 ASTM D2344 标准测试,复合材料 铺层 [0]24,试验件尺寸 20mm×6mm×3mm,万能材料试 验机加载速率为 2mm/min。
复合材料湿热处理前力学性能测试条件为室温干 态,湿热处理后力学性能测试环境为 150℃。
2 结果与讨论
2.1 碳纤维表面形貌特征 采 用 扫 描 电 子 显 微 镜(SEM)和 原 子 力 显 微 镜
Keywords: T700 grade carbon Fiber Composites
90 航空制造技术·2014 年第 3 期
Interface Mechanicalment
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)由于具有比 刚度和比强度高、密度小、耐腐蚀、耐疲劳以及可设计性 强等一系列优异的性能而被广泛应用于航空航天、能源 和汽车等行业 [1-4]。复合材料的机械性能通常依靠纤维 和树脂的性能,而良好的界面结合可以提高复合材料的 结构整体性,使载荷有效地从基体传递到纤维。
5μm5μm
1000..00nnmmL˙ INS ≡ T˙k + bˆ clock +4 3cˆINS +10ε˙00..00nnmm
5μm
2
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4
1
4
3 2
4 5μm
3 2
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碳纤维复合材料在航空航天领域应用分析

碳纤维复合材料在航空航天领域应用分析一、碳纤维的生产碳纤维根据基本材料不同,可分为PAN基、沥青基、酚醛基、纤维素基…..等不同的生产工艺。
本文只涉及军用高性能聚丙烯腈PAN碳纤维的生产工艺。
虽然PAN基碳纤维生产细节的保密度比较高,但是大致的原理是公开的,先概要的介绍一下其生产过程。
如下图1所示,PAN基碳纤维的生产,从原料单体到原丝、再到碳纤维成品加工,各道工艺的紧密相连,可以在一个车间内连续的完成全套工艺流程。
图1:碳纤维主要生产工艺流程图国内有部分厂家,既没有上游的PAN原丝生产能力,又没有下游的碳纤维复材生产能力,只能直接购买国外原丝,再进行预氧化和碳化的后续处理生产碳纤维。
好比吃鱼,头尾嫌刺多,不舍得下功夫,于是就吃个中段儿,居然也号称自己能做碳纤维,游说国家投入巨资。
目前国际碳纤维的生产,在国际上一直由美、日两国主导。
目前能够进入批量工业化生产的最高级碳纤维是T800,T1000等更高品级仍在实验室阶段。
航空主承力级和航天级的碳纤维工艺技术,国外对华一直封锁。
就连高性能PAN原丝,如T800原丝,以及部分碳纤维成品,也都对华禁运——日本曾经对卖高级碳纤维给中国的人员判刑严惩。
所以军用高性能碳纤维的生产,自“六五”以来一直是国家重点研发和实施科技产业化的攻关项目。
十五期间,在国家863项目的推动下,形成了北京化工大学、中科院山西煤化所和山东大学为主的三个研发基地,和江苏、吉林、山西、山东为主的四大生产基地。
经过近30年的努力,取得的成绩应当说是可圈可点:T300的生产根据中国玻璃纤维复合材料信息网 2008年的报道,中复神鹰碳纤维有限公司万吨碳纤维一期工程,2008年底在江苏连云港正式投产,目前形成1000吨规模碳丝生产能力。
该公司曾于2007年5月实现了碳化生产线投产,当时碳纤维产量只有20吨左右。
此后新建了2500吨PAN碳纤维原丝和1000吨碳化生产线。
以45%股份成为神鹰第一大股东的中国复合材料集团董事长张定金强调,T300从设备到产品已实现百分之百国产化。
T700相关参数

T700-SC碳纤维密度为1800kg/m^3, 环向许用抗拉强度4.9GPa,弹性模量230GPa,泊松比0.307,径向抗拉强度为80MPa左右。
算例:将飞轮设计成r=0.1m,R=0.3m,H=1m M=442.3362kg单位:储能密度wh/kg 径向应力MPa 环向应力GPa结论1、转速增大可以提高储能密度;2、复合材料的强度不高,分层可减小径向应力,但却使环向应力增大,因此强度设计要兼顾径向和环向的应力;3、在算例中,分三层和两层的差别不大。
分四层可使径向应力得到明显的改善;4、在四层时,约束的因素是环向的应力。
如果再继续分层,反而使得径向的应力变大。
因此层数选定四层,再寻找合适的转速。
方案选定在四层n=50000rpm时,环向最大应力为5GPa>4.9GPa,考虑把转速减低。
在n=45000rpm 时,应力分析如下图:0.10.150.20.250.3半径/m(n=45000rpm)应力/P a0.10.150.20.250.3半径/m(n=45000rpm)应力/P a最大径向应力40MPa<[80MPa],最大环向应力为4.08GPa<[4.9GPa]。
考虑一定的安全裕量,这个尺寸、转速是合适的。
储能密度e=154.2wh/kg ,存储68.2度电。
优化可以从继续减小半径,提高转速,增加分层的方向考虑修改。
但怎样是最优的需要分析,分析工具也需要换。
设计成细长型的道理:1、复合材料飞轮储能密度大的原因是可以达到高转速;2、径向强度低,在高转速下会导致强度不够,那么就要求必须分层;3、但分层又影响环向应力分布,同样半径、转速下层数越多,环向应力越大;4、为了使环向应力满足条件,必须要将飞轮的半径降低;5、为了满足储存的总能量,要将飞轮的高度加长;所以:在环向应力、径向应力、储能密度和总储能上要都达到要求,复合材料飞轮常常设计成了细长型。
半径/m(n=8000rpm)应力/P a0.10.150.20.250.3半径/m(n=8000rpm)应力/P a转速n=8000rpm 时,存储2.1559度电,M=442.3362kg,e=4.8739wh/kg8单层径向应力半径/m(n=15000rpm)应力/P a0.10.150.20.250.39单层环向应力半径/m(n=15000rpm)应力/P a存储7.5793度电,储能密度为17.1347wh/ Kg半径/m(n=30000rpm)应力/P a0.10.150.20.250.3半径/m(n=30000rpm)应力/P a存储30.3172度电,储能密度e =68.5389 wh/ Kg8单层径向应力半径/m(n=35000rpm)应力/P a0.10.150.20.250.39单层环向应力半径/m(n=35000rpm)应力/P a存储41.2651度电,储能密度e=93.2891wh/ Kg半径/m(n=20000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3半径/m(n=20000rpm)应力/Pa转速n=20000rpm 时,存储13.4743度电,M=442.3362kg, e=30.1647wh/kg最大径向应力为8.2Mpa ,这种情况在强度上能轻松满足要求。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春 潘 鼎 高 健 陈尚开(上海市复合材料学会) (东华大学) (连云港鹰游纺机集团公司)碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量在 90%以上。
具有十分优异的力学性能,与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。
特别是在 2000℃以上高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。
此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。
因此,碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域, 在航空航天领域的光辉业绩, 尤为世人所瞩目。
可以明显看出,在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加,2006年比2001年增长约40%,2008年增长约76%,2010年和2001年相比增长超过100%。
本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP )在航空航天领域应用的新进展。
1 航空领域应用的新进展T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用,目前应用较多的 为拉伸强度达到 5.5GPa ,断裂应变高出 T300 碳纤维的 30%的高强度中模量碳纤维 T800H 纤维。
(1)军品碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。
在战斗机和直升机上,碳纤维 复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。
国外将碳纤维/环 氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了 明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能,数据显示采用复合材料结构的前机身 段,可比金属结构减轻质量31.5%,减少零件61.5%,减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。
用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量,国外第四代军机的结构重量系数已达到27~28%。
两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能

纤维 的表 面化学 特 性 ; 采 用 视 频光 学 接 触 角 测 量 仪 ( D a t a p h y s i e s O C A 2 0 ) 测 定 纤 维 和 树 脂 形 成 的接 触 角, 分 析两 种碳 纤 维 的 表面 浸 润 性 。在 万 能 材 料 试
验机 ( I N S T R O N . 1 1 2 1型 ) 上, 依 据 标准 J C / T 7 7 3 —
树 脂 的性能 , 而 且 与 两者 之 间 界 面 的性 质 以及 界 面 粘 结强 度 密 切 相 关 。 碳 纤 维 的表 面 特 性 直 接 影 响 复合材 料 的界 面性 质 和界 面粘 结 强 度 , 进 而 影
仪( X P S , T h e r m o F i s h e r E S C A L A B 2 5 0型 ) 分 析 两 种
中 图 分 类 号 :T B 3 3 2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 3— 0 9 9 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 — 0 0 3 0— 0 5
碳 纤 维增 强 树 脂基 复合 材 料 具有 质 量 轻 、 高 比 强度 、 高 比模量 、 耐腐 蚀 、 耐 疲 劳 和 可设 计 性 强 等 一
t700碳纤维方格布开孔拉伸强度和开孔压缩强度

t700碳纤维方格布是一种高强度、轻质的材料,具有优异的拉伸和压缩性能,在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到了广泛的应用。
本文将重点研究t700碳纤维方格布在开孔状态下的拉伸强度和压缩强度,旨在探讨开孔对t700碳纤维方格布力学性能的影响,为其在工程领域的应用提供理论依据。
二、t700碳纤维方格布的基本性能1.拉伸强度:t700碳纤维方格布作为一种复合材料,具有优异的拉伸强度,能够承受较大的拉伸载荷而不易发生断裂。
2.压缩强度:同样地,t700碳纤维方格布具有较高的压缩强度,能够在受到压缩载荷时保持较好的稳定性。
三、开孔对t700碳纤维方格布力学性能的影响1.开孔对拉伸强度的影响:开孔会在材料中引入应力集中,使得材料在受拉伸载荷时易发生断裂。
t700碳纤维方格布在开孔状态下的拉伸强度将会受到明显影响。
2.开孔对压缩强度的影响:同样地,开孔也会在材料中引入应力集中,使得材料在受压缩载荷时易发生变形和破坏。
t700碳纤维方格布在开孔状态下的压缩强度将会受到影响。
四、实验方法1.材料准备:选取符合标准的t700碳纤维方格布样品,对其进行开2.拉伸试验:采用拉伸试验机进行实验,记录不同开孔率下t700碳纤维方格布的拉伸强度。
3.压缩试验:采用压缩试验机进行实验,记录不同开孔率下t700碳纤维方格布的压缩强度。
五、实验结果与分析1.拉伸试验结果:实验结果表明,随着开孔率的增加,t700碳纤维方格布的拉伸强度呈现下降的趋势,开孔率越大,拉伸强度下降越明显。
2.压缩试验结果:实验结果表明,随着开孔率的增加,t700碳纤维方格布的压缩强度也呈现下降的趋势,开孔率越大,压缩强度下降越明显。
六、结论1.开孔对t700碳纤维方格布的拉伸强度和压缩强度均有明显的影响,开孔率越大,影响越显著。
2.在实际工程中,需根据具体情况综合考虑t700碳纤维方格布的开孔率和力学性能,合理设计和选用材料,以确保其在使用过程中能够满足工程要求。
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0 引言 聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐
高温、耐腐蚀、抗疲劳和低热胀系数等优异特性ꎬ是发 展先进 一 代 运 载 火 箭、 战 略 导 弹 的 关 键 性 基 础 材 料[1-3] ꎮ 根据拉伸性能指标ꎬ聚丙烯腈基碳纤维可以 分为通用标模型( T300 级) 、高强标模型( T700 级) 、 高强中模型( T800 级) 及高模型碳纤维ꎮ 国外航天结 构系统已经实现采用高强型 T700 级碳纤维取代通用 型 T300 级碳纤维应用于制备复合材料主承力结构 件[4-5] ꎮ 目前ꎬ我国也突破了 T700 级碳纤维工程化
收稿日期:2016 - 04 - 29 作者简介:李桂洋ꎬ1985 年出生ꎬ博士ꎬ主要从事耐高温热固树脂的设计与合成及先进树脂基复合材料成型工艺研究ꎮ E-mail:guiyang_lee@ outlook.com
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宇航材料工艺 http: / / www.yhclgy.com 2016 年 第 4 期
LI Guiyang LI Jianfang YANG Yunhua GUO Hongjun SUN Hongjie
( Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technologyꎬ Beijing 100076)
三种 T700 级碳纤维及其复合材料性能比较
李桂洋 李健芳 杨云华 郭鸿俊 孙宏杰
( 航天材料及工艺研究所ꎬ北京 100076)
文 摘 对 MT700、T700-A 及 T700-B 三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒
轴压稳定性进行逐级对比研究ꎮ 结果表明:MT700 碳纤维拉伸性能达到同级别进口碳纤维水平且具有高模量
特征ꎻMT700 碳纤维表面均布沟槽的结构特点使得 MT700 / 603 复合材料体系表现出良好的界面性能和拉伸-
压缩匹配性ꎬ单向板压缩强度、层剪强度及弯曲强度均明显高于 T700-A / 603 和 T700-B / 60别达到 870 kN 和 108.2 GPaꎬ相比于 T700-B / 603 分别提高 11.5%和 33.1%ꎮ
特点对复合材料力学性能的影响ꎬ对国产碳纤维在航 天装备上的大规模应用具有重要意义ꎮ
研制的关键技术并具备百吨级生产能力ꎬ力学性能已 经达到同级别进口 T700 碳纤维水平[6-7] ꎮ 然而ꎬ碳 纤维在复合材料中性能的发挥不仅取决于自身的力 学性能ꎬ还与碳纤维表面微观形貌密切相关ꎮ 如东丽 公司 T700 级碳纤维单丝圆度良好且表面光滑ꎬ复合 材料界面性能较差ꎬ适用于主要发挥纤维拉伸强度的 缠绕工艺ꎻ而东邦公司 T700 级碳纤维表面粗糙度大 且存在沟槽ꎬ复合材料界面性能有所改善ꎬ表现出良 好的压 缩 和 剪 切 性 能ꎬ 适 用 于 制 备 复 杂 的 承 力 构 件[8-10] ꎮ 因此ꎬ研究国产 T700 级碳纤维性能及结构
Abstract The tensile propertiesꎬ surface morphologyꎬ laminate mechanical properties and AGS cylinder axial compression stability of MT700 carbon fiber have been studied graduallyꎬ compared with T700-A and T700-B carbon fibers. The tensile strength of MT700 has catch up with T700-A and T700-B. The homogeneous groove on fiber sur ̄ face could effectively improve its interfacial property and tensile ̄compress compatibility. Thereforeꎬ the compressive strengthꎬ interlaminar shear strength and flexural strength for MT700 / 603 are superior to T700-A / 603 and T700-B / 603. The maximum failure load and axial compression modulus of MT700 / 603 AGS cylinder are as high as 870 kN and 108.2 GPaꎬ respectivelyꎬ which have increased by 11.5% and 33.1% compared to T700 -B / 603. The results demonstrated that MT700 carbon fiber is suitable for preparing load ̄carrying component in aerospace structural com ̄ posites.
MT700 碳纤维更适用于制备航天领域结构复杂承力构件ꎮ
关键词 MT700 碳纤维ꎬ复合材料ꎬ力学性能ꎬ网格加筋圆筒ꎬ轴压稳定性
中图分类号:TB332
DOI:10.3969 / j.issn.1007-2330.2016.04.008
Comparative Study on Properties of Three T700 Grade Carbon Fibers and Their Epoxy Matrix Composites