碳纤维增强复合材料概述

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碳纤维增强材料

碳纤维增强材料

碳纤维增强材料
碳纤维增强材料是一种高性能复合材料,由碳纤维和树脂基体组成。

碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料,具有优异的机械性能和化学稳定性,是目前最先进的增强材料之一。

碳纤维增强材料在航空航天、汽车制造、船舶建造、体育器材等领域有着广泛的应用。

首先,碳纤维增强材料具有极高的强度和刚度,比重小、耐腐蚀性好,具有优异的机械性能。

碳纤维的拉伸强度是钢的几倍,同时具有很高的弯曲刚度和抗冲击性能,能够有效提高材料的承载能力和抗疲劳性能。

这使得碳纤维增强材料成为航空航天领域的理想材料,可以大幅度减轻飞机和航天器的重量,提高其飞行性能和燃油效率。

其次,碳纤维增强材料具有优异的耐腐蚀性能和化学稳定性。

由于碳纤维的主要成分是碳元素,因此具有很高的化学稳定性,能够抵抗酸、碱等化学腐蚀,同时不会受潮、老化,具有很长的使用寿命。

这使得碳纤维增强材料在海洋工程、化工设备等领域有着广泛的应用,能够有效延长设备的使用寿命,降低维护成本。

此外,碳纤维增强材料还具有良好的导热性能和电磁屏蔽性能。

碳纤维具有优异的导热性能,能够有效传导热量,使其在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用。

同时,碳纤维还具有良好的电磁屏蔽性能,能够有效隔绝电磁波,保护设备和人员的安全。

总的来说,碳纤维增强材料具有优异的机械性能、耐腐蚀性能、导热性能和电磁屏蔽性能,是一种理想的高性能复合材料。

随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展,碳纤维增强材料将会有着更广阔的发展前景,为各个领域的发展提供强有力的支持。

碳纤增强复合材料的标准体系

碳纤增强复合材料的标准体系

碳纤增强复合材料的标准体系碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)是一种以碳纤维为增强体、以聚合物基体为基质的复合材料。

因其具有轻质、高强度、高刚性、耐腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天、交通运输、新能源、体育器材等领域。

针对碳纤维增强复合材料,我国已经建立了一套完善的标准体系,主要包括以下几个方面:1. 产品分类与命名:根据碳纤维增强复合材料的基体树脂、纤维类型、规格等因素进行分类,并制定相应的命名规则。

2. 原料与材料:规定了碳纤维、聚合物基体、界面剂等原料的技术要求、测试方法及验收标准。

3. 制品加工:涵盖了碳纤维增强复合材料的制备工艺、成型方法、质量控制等方面的技术要求。

4. 性能要求与测试方法:包括力学性能、物理性能、化学性能等方面的性能要求及测试方法。

5. 安全与环保:规定了碳纤维增强复合材料的生产、使用和废弃处理过程中应遵循的安全环保要求。

6. 产品应用:针对不同应用领域的碳纤维增强复合材料,制定了相应的技术要求和应用规范。

7. 检验与验收:明确了碳纤维增强复合材料的检验方法、验收标准及质量保证体系。

8. 安装与维护:介绍了碳纤维增强复合材料制品的安装、使用和维护方法。

9. 循环利用与废弃处理:阐述了碳纤维增强复合材料废弃物的分类、回收利用及环保处理方法。

这些标准体系为碳纤维增强复合材料的生产、研发、应用和监管提供了有力的技术支持,有助于推动我国碳纤维增强复合材料产业的可持续发展。

需要注意的是,碳纤维增强复合材料的标准体系仍在不断更新和完善中,以适应市场需求和技术发展的变化。

相关企业和研究机构应密切关注行业动态,积极参与标准制定工作,以提高我国碳纤维增强复合材料产业的竞争力。

碳纤维复合材料的成型工艺

碳纤维复合材料的成型工艺

碳纤维复合材料的成型工艺一、碳纤维复合材料概述碳纤维复合材料是一种由碳纤维增强体和树脂基体组成的新型高性能材料。

它以其轻质、高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能,在航空航天、汽车制造、体育器材、建筑结构等领域得到了广泛的应用。

本文将探讨碳纤维复合材料的成型工艺,分析其重要性、挑战以及实现途径。

1.1 碳纤维复合材料的特点碳纤维复合材料的特点主要包括以下几个方面:- 轻质高强:碳纤维具有很高的比强度和比模量,使得复合材料在保持轻质的同时,具有很高的承载能力。

- 高刚度:碳纤维复合材料的刚度远高于传统材料,可以提供更好的结构稳定性。

- 耐疲劳:碳纤维复合材料具有优异的耐疲劳性能,适用于承受反复循环载荷的应用。

- 耐腐蚀:碳纤维复合材料对多种腐蚀性介质具有很好的抵抗力,适用于恶劣环境。

1.2 碳纤维复合材料的应用领域碳纤维复合材料的应用领域非常广泛,包括但不限于以下几个方面:- 航空航天:用于飞机结构、发动机部件等,以减轻重量、提高性能。

- 汽车制造:用于车身、底盘等部件,以提高燃油效率和车辆性能。

- 体育器材:用于自行车、网球拍、高尔夫球杆等,以提供更好的运动性能。

- 建筑结构:用于桥梁、高层建筑等,以提高结构的承载能力和耐久性。

二、碳纤维复合材料的成型工艺碳纤维复合材料的成型工艺是实现其优异性能的关键环节。

不同的成型工艺会影响材料的性能和应用范围。

2.1 预浸料成型工艺预浸料成型工艺是一种常用的碳纤维复合材料成型方法。

该工艺首先将碳纤维与树脂基体预先混合,形成预浸料,然后在模具上铺设预浸料,通过热压或真空袋压等方法固化成型。

预浸料成型工艺具有成型效率高、产品质量好等优点。

2.2 树脂传递模塑成型工艺树脂传递模塑(RTM)成型工艺是一种先进的复合材料成型技术。

该工艺通过将树脂注入闭合模具中,使树脂在模具内流动并浸润碳纤维,最终固化成型。

RTM工艺可以实现复杂形状的制品成型,且具有较低的生产成本。

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料
碳纤维增强复合材料是一种由碳纤维和树脂等基材组成的复合材料,具有优越的物理性能和力学性能。

首先,碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料,相比于传统的金属材料,碳纤维的强度更高且具有较低的重量。

这使得碳纤维增强复合材料具有优秀的强度和刚度,适用于需要轻量化、高强度结构的领域。

其次,碳纤维增强复合材料具有良好的耐腐蚀性能。

与金属相比,碳纤维不会受到氧化或腐蚀的影响,可以在恶劣环境下长时间保持稳定的性能。

这使得碳纤维增强复合材料在海洋工程、航天航空等领域具有广泛的应用前景。

此外,碳纤维增强复合材料还具有优异的热稳定性和耐磨性。

在高温条件下,碳纤维的性能基本不会受到影响,能够保持较高的强度和刚度。

同时,碳纤维增强复合材料还具有良好的耐磨性,能够承受长时间的摩擦和磨损。

另外,碳纤维增强复合材料还可以根据需要进行定向增强。

碳纤维增强复合材料可以利用不同的叠层方式,使得材料在不同方向上具有不同的强度和刚度。

这种定向增强的性能可以满足不同工程领域对材料性能的要求。

总的来说,碳纤维增强复合材料具有独特的物理性能和力学性能,具备轻量化、高强度、耐腐蚀、热稳定等多种优越特性。

随着科技的不断发展和应用领域的扩大,碳纤维增强复合材料必将在各个领域发挥更广泛的作用。

碳纤维增强树脂基复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料碳纤维增强树脂基复合材料是一种具有高强度、高模量、耐腐蚀性和轻质化等优良性能的新型材料,广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。

本文将对碳纤维增强树脂基复合材料的制备工艺、性能特点及应用前景进行介绍。

首先,碳纤维增强树脂基复合材料的制备工艺包括原材料选取、预处理、成型、固化等多个环节。

在原材料选取方面,需要选择优质的碳纤维和树脂,并对其进行表面处理以提高其界面粘合性。

在成型过程中,可以采用手工层叠、自动纺织、注塑成型等方法,根据不同的产品要求进行选择。

固化工艺则是利用热固化或者光固化技术,使得树脂基复合材料达到预期的性能指标。

其次,碳纤维增强树脂基复合材料具有优异的性能特点。

首先是高强度和高模量,碳纤维本身具有很高的强度和模量,与树脂复合后可以进一步提高材料的整体性能。

其次是耐腐蚀性,碳纤维不易受到化学腐蚀,使得复合材料在恶劣环境下依然能够保持稳定的性能。

此外,碳纤维增强树脂基复合材料还具有轻质化的特点,可以大幅减轻产品重量,提高使用效率。

最后,碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广阔的应用前景。

在航空航天领域,碳纤维增强树脂基复合材料可以用于制造飞机机身、发动机零部件等,以提高飞行器的整体性能。

在汽车领域,该材料可以用于制造车身结构、悬挂系统等,以提高汽车的安全性和燃油经济性。

在船舶领域,碳纤维增强树脂基复合材料可以用于制造船体、桅杆等,以提高船舶的耐久性和航行性能。

在体育器材领域,该材料可以用于制造高性能的运动器材,如高尔夫球杆、网球拍等,以提高运动员的比赛水平。

综上所述,碳纤维增强树脂基复合材料具有广泛的应用前景,制备工艺成熟,性能优异,是一种具有发展潜力的新型材料。

随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,相信碳纤维增强树脂基复合材料将会在更多领域展现出其独特的优势和价值。

碳纤维增强复合材料概述doc

碳纤维增强复合材料概述doc

碳纤维增强复合材料概述doc碳纤维增强复合材料由碳纤维和树脂基体构成,是一种具有高强度、低密度、高刚度和耐腐蚀性能的先进材料。

它的独特性能使其在航空航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。

本文将对碳纤维增强复合材料的制备方法、性能特点及应用领域进行概述。

碳纤维增强复合材料的制备方法有两种主要的工艺路线,分别是预浸法(或称预浸料法)和干法。

在预浸法中,碳纤维将预先浸渍于树脂基体中,然后通过热固化或光固化过程,使其形成固态复合材料。

而在干法制备中,碳纤维和树脂基体分别以纤维片和树脂薄膜的形式制备,并通过层叠和热压等工艺将其结合在一起。

碳纤维增强复合材料具有许多出色的性能特点,其中最显著的就是其很高的强度和刚度。

与传统的金属材料相比,碳纤维复合材料的强度和刚度可以提高数倍甚至数十倍。

此外,碳纤维的密度非常低,使得复合材料具有较轻的重量。

这种轻量化的特性使得碳纤维复合材料成为飞机、汽车等领域的理想选择,能够降低能源消耗和减少环境污染。

另外,碳纤维增强复合材料还具有较高的耐腐蚀性能。

碳纤维本身具有优异的抗腐蚀能力,而且复合材料的树脂基体能够有效隔离外界湿气和化学物质的侵蚀,从而提高材料的耐腐蚀性。

这使得碳纤维复合材料在海洋、化工等腐蚀性环境下具有广阔的应用前景。

碳纤维增强复合材料的应用领域广泛。

在航空航天领域,碳纤维复合材料被广泛应用于飞机机身、翼梁、尾翼等部件中,以降低重量和提高强度,同时提高燃料效率和航程。

在汽车领域,碳纤维复合材料可以用于车身、底盘等部件的制造,以提高车辆的性能和安全性。

此外,碳纤维复合材料还被用于制作体育器材、建筑材料等。

总之,碳纤维增强复合材料是一种具有优异性能的先进材料,其高强度、低密度、高刚度和耐腐蚀性能使其在各个领域具有广泛应用前景。

随着科技的不断进步,碳纤维增强复合材料将会在更多的领域发挥重要作用,推动现代工业的发展和进步。

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料

碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种由碳纤维和树脂基体组成的复合材料。

碳纤维是一种轻质高强度的纤维材料,具有优异的力学性能和化学稳定性。

树脂基体则起到粘结和保护纤维的作用。

CFRP因其高强度、高刚度、耐腐蚀和轻质的特点,被广泛应用于航空航天、运动器材、汽车和建筑等领域。

CFRP具有优异的力学性能。

碳纤维的强度和刚度远高于传统金属材料,因此CFRP的拉伸和弯曲强度也相对较高。

此外,碳纤维具有较低的线膨胀系数,使得CFRP具有优秀的尺寸稳定性和热稳定性。

另外,碳纤维还具有优异的疲劳性能,能够承受长期的使用和重复的载荷。

CFRP的轻质特性使之成为代替金属的理想材料。

相比于传统金属材料,CFRP的密度只有其一半左右,因此在重量要求较高的领域(如航空航天)具有非常大的优势。

在汽车行业中,使用CFRP可以降低车辆的整体重量,提高燃油效率和续航里程。

CFRP还具有良好的耐腐蚀性能。

相比于金属材料容易受到氧化和腐蚀的影响,CFRP不容易受到化学物质的侵蚀。

这使得CFRP在恶劣环境下可以更好地保持其性能稳定性。

然而,CFRP也存在一些不足之处。

首先,CFRP的成本相对较高,主要是由碳纤维的制备和树脂的浸润过程所导致的。

其次,CFRP容易受到挤压、冲击和断裂的影响,而且一旦损坏很难修复。

此外,CFRP的导电性较差,限制了其在一些领域的应用。

为了克服这些不足,研究者们正在不断研发改进CFRP的制备技术和性能。

近年来,采用3D打印、自组装和纳米复合等新技术制备CFRP的研究逐渐增多。

这些方法可以有效地降低CFRP的成本,提高其性能。

此外,通过在复合材料中引入导电纳米材料,可以使CFRP具有良好的导电性能,从而扩展其应用范围。

综上所述,碳纤维增强复合材料是一种具有高强度、高刚度、轻质和耐腐蚀性能的材料。

尽管CFRP存在一些不足,但随着技术的不断进步,相信CFRP在未来将有更广泛的应用前景。

碳纤维增强陶瓷基复合材料

碳纤维增强陶瓷基复合材料

碳纤维增强陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料是一种具有优异性能的复合材料,结合了碳纤维和
陶瓷的优点,具有高强度、高刚度、高耐热性和耐磨性等特点,因此在航空航天、汽车制造、工程建设等领域得到广泛应用。

组成
碳纤维增强陶瓷基复合材料主要由碳纤维和陶瓷基体组成。

碳纤维作为增强材料,具有优异的机械性能,可以增加复合材料的强度和刚度;陶瓷基体作为基体材料,具有良好的耐热性和耐腐蚀性,可以提高复合材料的耐高温和耐磨性能。

特点
1.高强度和高刚度:碳纤维增强陶瓷基复合材料具有很高的拉伸强度
和模量,能够承受较大的载荷;
2.耐热性:陶瓷基体具有优良的耐高温性能,适用于高温环境下的使
用;
3.耐腐蚀性:陶瓷基体对酸碱等腐蚀介质具有较好的稳定性;
4.耐磨性:碳纤维的高强度和陶瓷的硬度结合,使复合材料具有较好
的耐磨性。

应用领域
碳纤维增强陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、工程建设等领域得到广泛
应用。

在航空航天领域,碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造飞机结构件和燃气涡轮引擎零部件,以提高飞机的性能和降低重量;在汽车制造领域,碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造车身结构件和制动系统,以提高汽车的安全性和燃油效率;在工程建设领域,碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造建筑结构件和桥梁构件,以提高建筑物的抗震性和耐久性。

综上所述,碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景,将
在未来得到更广泛的应用和推广。

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碳纤维增强复合材料概述摘要:本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍,详细介绍了其优点和应用。

并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。

关键字:碳纤维,复合材料,应用Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials.Key words: carbon fiber, composite materials, applications1.碳纤维增强复合材料介绍复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料,按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料,到目前为止,主要的发展方向是结构复合材料,但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。

通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料(constituent materials),它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。

对结构复合材料而言,组分材料包括基体和增强体,基体是复合材料中的连续相,其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷;增强体是复合材料中承载的主体,包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体,其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维,按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维,而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。

碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料,直径范围在6~8 µm 内,是近几十年发展起来的一种新型材料。

目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类:聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维,分别用聚丙烯腈原丝(称之为前驱体)、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。

通过碳化工艺,使纤维中的氢、氧等元素得以排出,成为一种接近纯碳的材料,含碳量一般都在90%以上,而本身质量却大为减轻;由于碳化过程中对纤维进行了沿轴向的预拉伸处理,使得分子沿轴向进行取向排列,因而碳纤维轴向拉伸强度大大提高,成为一种轻质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维材料。

用碳纤维和高性能的树脂基体复合而成的先进树脂基复合材料是目前用得最多,也是最重要的一种结构复合材料。

此外,用天然纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维作增强体的树脂基复合材料也在快速发展。

碳纤维增强复合材料( CFRP) 是目前最先进的复合材料之一。

它可以兼顾碳纤维和基体的性能而成为综合性能更为优异的工程结构材料和具有特殊性能的功能材料。

它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料,是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。

碳纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多,如美国的战略导弹侏儒三级发动机壳体, 三叉戟一、二、三级发动机壳体的复合材料裙,民兵系列发动机的喷管扩张段, 部分固体发动机及高速战术导弹美国的THAAD、ERINT 等。

目前,C F R C 在人造卫星及高性能飞机等航空航天材料中得到了相当广泛的应用,除军用外, 开发纤维复合材料的其它应用也大有作为, 如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。

随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降, 在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。

我国为配合北京奥运会,拟大力开发新型CFRP建材及CFRP的研究和开发应用已成为一项涉及多项学科领域的系统工程,而CFRP的发展状况则成为一个国家材料科学乃至整个科学技术发展水平的重要标志之一。

2. 碳纤维复合材料的优点[2]碳纤维复合材料与金属材料或其他工程材料相比,具有以下许多优良的性能:1)比强度和比模量高高强度碳纤维-环氧基复合材料(单向)的比强度是钢SAE1010 (冷轧)的近20 倍,是铝6061-T6的近10 倍;其比模量则超过这些钢和铝材的3倍。

这些特性使CFRP材料的利用效率大为提高,实际证明用CFRP 代替钢或铝可减轻重量达20%~40%,因而在许多工业领域特别是在航空航天领域得到广泛的应用。

业内专家指出,飞机自重每减少 1 kg,相当于五百万美元的累积经济效益,由此可以看出复合材料在航空航天领域内的重要地位。

不仅如此,其他如汽车、海运、交通等与运行速度要求有关的部门都会因采用复合材料而大为受益。

2)材料性能的可剪裁性(tailorability)大多数CFRP 可通过设计增强纤维的取向及用量来对结构材料的性能实行剪裁,达到性能最佳化。

例如,可把复合材料设计成在主受力方向上有足够的纤维取向来承受载荷,其他方向有适当的纤维来承受剪切载荷或其他载荷,而这种多纤维取向结构的成型又可通过不同的成型技术来完成。

复合材料的这种性能可剪裁性,不仅可提高材料的使用效率,而且有助于从材料到结构的设计和制造实行一体化,既简化了制造程序,又降低了制造成本。

3)成型工艺的多选择性复合材料技术经过几十年的发展,到现在有数十种不同的成型工艺可供选择,如热压罐、模压、纤维缠绕、树脂传递模塑(RTM)、拉挤、注射、喷塑、搓管以及大型复杂部件的共固化整体成型技术等,实际应用时可根据构件的性能、材料种类、产量规模和成本等因素选择最适合的成型方案。

4)良好的耐疲劳性能层压的CFRP 对疲劳裂纹扩张有“抑制”作用,这是因为当裂纹由表面向内层扩展时,到达某一纤维取向的层面时,会使裂纹扩展在该层面内呈现断裂发散,这种特性使得CFRP的疲劳强度大为提高。

研究表明钢和铝的疲劳强度是静力强度的50%,而CFRP 可达90%。

5)良好的抗腐蚀性由于CFRP 的表面是一层高性能的环氧树脂或其他树脂塑料,因而具有良好的耐酸、耐碱及耐其他化学腐蚀性介质的性能。

这种优点使CFRP在未来的电动汽车或其他有抗腐蚀要求的领域上应用具有很强的竞争力。

3.碳纤维增强复合材料的应用3.1固体火箭发动机应用方面碳纤维复合材料制造的壳体具有强度高、刚度大、尺寸稳定等特点,因此,碳纤维复合材料可用于新型陆基机动固体洲际导弹一二、三级发动机壳体、新一代中程地地战术导弹发动机壳体[3]。

如美国侏儒小型地对地洲际弹道导弹三级发动机燃烧壳体由IM- 7 碳纤维/HBRF- 55A 环氧树脂缠绕制作, 壳体容器特性系数PV/W 39KM; 三叉戟( D5)第一、二级固体发动机壳体采用碳/环氧制作,其性能较凯芙拉/环氧提高30% 。

爱国者导弹及其改进型,其发动机壳体开始采用D6AC 钢,到PAC- 3导弹发动机上已经采用了T800 纤维/环氧复合材料。

此外,由美国陆军负责开发的一种新型超高速导弹系统中的小型动能导弹( CKEM) ,其壳体采用了T1000 碳纤维/ 环氧复合材料, 使发动机的质量比达到0. 82。

碳/酚醛复合材料是目前树脂基扩张段、收敛段最常用的防热材料。

如国外应用碳/酚醛材料作为喷管防热构件的型号有:MX 系列、三叉戟( C4)、三叉戟( D5) 第一和二级发动机的喷管扩张段和防热环、侏儒导弹第一和二级发动机喷管的扩张段和防热环、侏儒导弹第三级发动机喷管的防热环等, 俄罗斯的白杨-M 战略导弹的第一、二级固体发动机喷管扩张段也采用碳/酚醛材料作为防热材料。

碳/聚芳基乙炔复合材料,美国在军用航天项目的支持下,已进行了多次固体火箭发动机耐烧蚀材料应用试验,性能优异。

九五期间,本所与华东理工大学合作,开展了碳/聚芳基乙炔树脂复合材料在固体火箭发动机防热材料方面的应用研究,取得了较大进展。

3.1空间技术应用方面从二十世纪六十年代末开始,航天领域中以S玻纤和Kevlar- 49纤维复合的金属内衬轻质压力容器逐渐取代传统的全金属压力容器。

美国在1975年开始了轻质复合材料气瓶及储箱研制, 采用S-玻纤/环氧、Kevlar/环氧缠绕复合材料。

随着碳纤维52 纤维复合材料2004 年性能提高及成本大幅度下降, 碳纤维与低成本铝内衬制造技术相结合, 使得费用低、质量轻、性能高、可靠性好的高压容器的生产成为现实[4]。

目前空间用复合材料基体主要采用环氧树脂;由于碳纤维的密度、耐热性、刚性等方面的优势,增强纤维以碳纤维为主。

碳纤维复合材料在空间技术上的应用, 国内也有成功范例,如我国的第一颗实用通信卫星应用了碳纤维/环氧复合材料抛物面天线系统;第一颗太阳同步轨道风云一号气象卫星采用了多折迭式碳纤维复合材料刚性太阳电池阵结构等。

4.碳纤维复合材料存在的问题及建议我国的碳纤维树脂基复合材料研制起步于20世纪60 年代末,至今已有40 多年的发展历程,在产品开发、制造加工、产品应用及人才培养等方面都取得了很大进步,但是同先进国家相比仍有很大差距,尤其近年来,由于西方国家的快速发展,这种差距还有加大的趋势。

目前我国碳纤维的品种、质量和产业规模远不能满足国内复合材料快速发展的要求,仍然是制约我国碳纤维复合材料发展的瓶颈,这主要表现在:1)产品质量不完全过关,缺陷多,性能分散性大;2)产品规格和品种少;3)由于性能和质量上的问题以及生产成本高,制约了生产规模的扩大。

从技术上看,造成上述问题的主要原因是基础研究工作薄弱,造成生产碳纤维的pan 基原丝质量不高。

因此,以提高原丝质量为目标,应加强科学基础及工程化研究,强化国内碳纤维研究生产的自主创新能力,建立高效的产业创新体系,坚持原始创新与引进消化吸收并举,突破瓶颈,改变我国碳纤维落后局面。

在管理体制上也存在如下一些问题:1)碳纤维是多学科和多技术集成的高新技术产品,国家在项目组织、管理、实施和政策扶持等上应起主导作用,但多年来这种局面尚未形成,国家总体上的规划和领导以及集中调控作用不够,基础研究、技术攻关、中试生产、工业化生产和应用开发之间缺乏有机联系,因而无论从规模和质量上,与国外水平的差距越拉越大。

2)国内碳纤维多元化研发的格局尚未建立。

从碳纤维产业的源头到最终产品,真正拥有完整研发与生产过程的单位不多,技术水平同国外相比差距较大。

潜心研究碳纤维产业发展的气氛不够浓厚,民营企业中拿来主义现象较为明显,急于求成、急功近利的思想十分严重。

3)以应用牵头,带动碳纤维产业发展的体制未健全,以往国内航空航天高端产品应用主要依赖进口,而国产碳纤维得不到应用,因此也就得不到改进和提高的机会。

4)企业之间产、学、研交流相当欠缺。

碳纤维产业的发展不仅需要产、学、研相结合,而且更需要产、学、研、用有机地相结合,但在现有体制下产、学、研、用这个有机体系尚未真正建立,因而阻碍了国内碳纤维产业的快速发展。

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