PP／碳纤维复合材料力学性能的研究
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究摘要：碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有出色的力学性能和优异的耐腐蚀性能，因此在许多领域广泛应用。
本研究使用真空浸渍工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料，并对其力学性能进行了详细研究。
结果表明，制备过程中的浸渍时间、浸渍压力和固化温度对复合材料的力学性能有显著影响。
1. 引言碳纤维增强环氧树脂基复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
其具有轻质、高强度、高模量、优异的耐腐蚀性能等特点，因此在替代传统金属材料方面具有巨大潜力。
本研究旨在通过真空浸渍工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料，并对其力学性能进行评估和分析。
2. 实验方法2.1 材料准备碳纤维和环氧树脂材料被选作本实验的主要原料。
碳纤维具有优良的力学性能和导电性能，是制备复合材料的理想选择。
环氧树脂具有良好的粘接性能和化学稳定性，可以作为基体材料。
同时，活性固化剂和助剂用于提高复合材料的性能。
2.2 制备过程（1）将环氧树脂均匀涂布在碳纤维上；（2）将涂布好的碳纤维经过真空排气处理；（3）将预处理好的碳纤维进行真空浸渍；（4）浸渍后的碳纤维进行固化过程。
2.3 力学性能测试采用传统的拉伸试验和冲击试验评估复合材料的力学性能。
拉伸试验用于评估复合材料的拉伸强度、弹性模量和断裂应变，冲击试验用于评估复合材料的冲击强度。
3. 结果与讨论3.1 浸渍时间通过改变浸渍时间，研究了浸渍时间对复合材料力学性能的影响。
结果表明，随着浸渍时间的增加，复合材料的拉伸强度和弹性模量呈增加趋势，但当浸渍时间过长时，力学性能开始下降。
这是由于过长的浸渍时间导致材料内部产生孔隙和缺陷。
3.2 浸渍压力通过改变浸渍压力，研究了浸渍压力对复合材料力学性能的影响。
结果显示，随着浸渍压力的增加，复合材料的强度和韧性都得到了提高。
这是由于高压可以更好地填充碳纤维与环氧树脂之间的空隙，提高界面的粘合强度。
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
碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及性能研究
碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及性能研究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，具有高强度、高刚度、低密度、高温耐性、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、新能源等领域。
本文将对碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及其性能研究进行探讨。
1. 背景传统金属材料存在密度大、重量重、强度低等问题，难以满足现代工业的需求。
而复合材料的出现解决了这一问题，毫不夸张地说，“复合材料就是未来工业的材料”。
其中最为突出的就是碳纤维增强陶瓷基复合材料。
2. 制备方法制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法有多种，其中最为常见的是热压法和热处理法。
热压法是将预先制备的碳纤维增强陶瓷基复合材料在高温高压下进行加热压制，使其形成连续的结构。
这种方法适用于制备块状和板状复合材料。
热处理法则是先将碳纤维增强材料进行数次高温氧化处理，使其表面形成含有氧的层，然后进行碳化处理和陶瓷化处理，最终得到陶瓷基复合材料。
这种方法适用于制备复杂形状的复合材料。
3. 性能研究碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的性能，如高强度、高刚度、低密度、高温耐性、抗腐蚀等，其力学性能和热学性能是研究的重点。
力学性能研究主要包括拉伸强度、屈服强度、断裂韧性等指标的测试和评估。
热学性能研究主要包括热膨胀系数、导热系数、热稳定性等指标的测试和评估。
研究表明，碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能远远优于传统金属材料，具有极高的强度和刚度；而其热学性能也表现出卓越的优势，具有很高的耐热性和热稳定性。
4. 应用前景碳纤维增强陶瓷基复合材料具有广泛的应用前景。
在航空和航天产业中，用以制造减重、高刚度、高强度的重要部件；在汽车产业中，用于制造轻量化结构件和发动机；在新能源领域，用于制造高温耐受的储能材料等。
总之，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，能够为现代工业的发展做出巨大的贡献。
碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试分析
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｌ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ
工 业 技
术
碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试分析
（ 湖北工程学院
王 少星 湖北孝感
４ ３ ２ ０ ０ ０ ）
行 研 究
评价其抗热 疲劳性能。 比如 对２ ０ ２ １ ～ Ｔ ３ 铝
在将 ２ ０ ２ ４ 一 Ｔ ３ 铝 合 金 与 ＣＦＲＰ 做 双 合金与 Ｃ ＦＲＰ 胶 结接 头 进行 热 循环 试验 后 ， 缺 口对 接 时， 在 高 温 条 件 下使 用 环 氧 树 脂 结 果 显 示 温 度 范 围在 ５ ０～２ ５ ０ ℃， 热 循 环
蚀、 质量 轻 、 耐 高温 等 优 点 ， 所 以在 机 械 制 的 熔 点 更 高 ， 所 以 高温 钎 焊 法 不 适 用 于 铝 ２ 。 ２ 抗 拉 强度
造、 肮 空 工业 、 核 工业 等 领 域 中 得 到 了广 泛 合 金与 ＣＦＲＰ的 连 接 。 据 国外文 献 报 道 ， 对 应 用。 碳 纤 维 复合材 料 是 一种 非 金 属材 料 ，
７ ０ ７ ５ 一 Ｔ６ ２ 铝合金和 Ｃ Ｆ ＲＰ 分 别使 用 螺 栓 抗 拉 强 度 ， 其是 指 拉 断 材 料 前 的 最大 应 力 值。 若 母 片 都为 薄 片， 可将 Ｃ Ｆ ＲＰ 两 面与 金 要 对 其 进行 钎焊 ， 难 度 较 大 ，通常会 采 用沉 连 接 、 胶结、 螺栓＋ 胶结 ３ 种 方法 进行 连 接 ， 积、 烧结、 镀敷等方法， 将 金 属 粉 末处 理 在 结 果 显 示 ： 选 用 ＦＭ ７ ３ 粘 结 剂时， 粘 结 剂 属 基 板 搭接 ， 载荷 与 接头 截 面 相垂 直 。 复合 碳 纤维 复 合材 料 的 表 面 ， 再 行 常规 钎 焊 。 另 强 度 会 在很 大 程 度 上 决 定 接 头 强 度 ； 选 用 材 料 基 本 与 金 属管 连 接 时 ， 将１ 根 钢 板 贯 穿
碳纤维复合材料面内剪切性能试验研究
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｔ ｉ－ ｌ ｃ ｌ ｄ ｒ ｅｏ ｔ ｎ ，ｅ ｉｉａ ｘ ｒｓ ｉｎ ｈｎｗａｌ ｙｉ ｅ ，ｒ ｔｒｉ ｎ ｏ ｍｐｒｃ ｌ ｐ ｅ ｓｏ ｅ
０ 引言
复合材料剪 切性 能差是 复 合材料 结构 件 的一 个典 型 的缺
点 ， 纤 维 复 合 材 料 的 纵 向拉 伸 模 量 与 面 内 剪 切 模 量 的 比大 约 碳
最后将试验结果与种经验公式估算结果对比得出蔡一韩修正公式对引言试验试验方法堡孙炳君男年生高级工程师现主要从事聚合物基复合材料的研究工作核工业理化工程研究院材料与检测技术研究所天津天津工业大学材料与化工学院天津大庆油田文化集团网络公司用户服务部大庆摘要采用薄壁圆筒扭转的试验方法测定碳纤维环氧树脂复合材料的面内剪切性能得到了碳纤维氧树面内剪切模量的估算结果接近试验值
复合 材 料 面 内剪 切 性 能 试 验 常 用 的方 法 有 以下 几 种 ：１拉 伸 试 （） 验 （ 括 ￣ ４ 。 轴拉 伸 、 轴 １。 伸 试 验 ） （ ） 道 剪 切 ， 口 包 ５单 偏 ０拉 ；２ 轨 缺 试 验 ；３ 圆筒 的扭 转 ＿ 。轨 道 剪 切 试 验 试 样 加 工 容 易 产 生 缺 （） ２ ］ 陷 ， 求 使 用 特 殊 夹 具 ； 口试 验 试 样 加 工 要 求 精 确 、 试 验 夹 要 缺 对
碳 纤维复合材 料 面 内剪切 性 能试验研 究／ 炳君 等 孙
碳 纤维 复 合 材料 面 内剪切 性 能试 验研 究
孙 炳君 ， 王 俊 。迟 ， 蕾
（ 核工业理化工程研究院材料与检测技术研究所 ， １ 天津 ３ ０ ； 天津工业 大学材料与化工学院 ， ０ １Ｏ ２ ８ 天津 ３０ ； ０ １ ０ ６ ３ 大庆油 田文化集 团网络公 司用户服务部 ，大庆 １ ３ ５ ） ６ ４ ３
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。
碳纤维增强复合材料薄壁管件力学性能试验方法 第2部分： 压缩试验-最新国标
碳纤维增强复合材料薄壁管件力学性能试验方法第2 部分：压缩试验1 范围本标准规定了碳纤维增强复合材料薄壁管件压缩性能试验的试样、试验设备、试验条件、试验步骤、计算、试验结果和试验报告等。
本标准适用于测定壁厚不大于1mm（公称直径小于50mm）的纤维增强复合材料薄壁管的压缩强度和模量。
其他复合材料管可参照使用。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 1446－2005 纤维增强塑料性能试验方法总则GB/T 1448—2005 纤维增强塑料压缩性能试验方法GB/T 5350—2005 纤维增强热固性塑料管轴向压缩性能试验方法3 术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。
4 试验条件4.1试验环境条件4.1.1 试验环境要求如下：a) 温度：（23±5）℃；b) 相对湿度：≤70%。
4.1.2 仲裁试验时，环境条件要求如下：a) 温度：（23±2）℃；b) 相对湿度：（50±10）%。
4.2 试验状态调节试样压缩性能试验示意图见图1 4.2.1试验前，压缩试样在4.1.1规定的试验环境条件下至少放置24h，并在相同环境下进行试验。
4.2.2仲裁试验时，压缩试样在4.1.2规定的试验环境条件下至少放置40h，并在相同环境下进行试验。
4.3 试件测试装态。
1——加载压板；2——压缩外套筒；3——内套筒；4——管件试样；5——胶层。
图1 压缩性能试验示意图4.4 加载速度4.4.1测定轴向压缩强度时，加载速度为（5～6）mm/min，误差不超过20%；仲裁试验时，加载速度为（1～2）mm/min，误差不超过20%。
4.4.2 测定轴向压缩弹性模量时，加载速度为（1～2）mm/min，误差不超过20%。
5 仪器设备5.1 试验机载荷相对误差不应超过±1%。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PP／碳纤维复合材料力学性能的研究
徐久升
摘要：综合考虑碳纤维材料的加工适应性以及对基体力学性能改善的能力，分别选取了短切碳纤维和碳纤维粉末作为增强相，比较了它们对于PP的增强效果以及加工的难易，通过测定拉伸性能和冲击韧性考察了短切碳纤维的含量以及碳纤维粉末的含量对各自复合材料力学性能的影响。
结果表明，随着碳纤维含量的增加，两种复合材料的冲击韧性以及拉伸性能都呈先增加后减小的趋势，短切碳纤维作为增强相对于基体树脂的力学性能增强效果更为显著，碳纤维粉末作为增强相的复合材料加工适应性强，性能更加稳定，该研究对碳纤维制品的实际注塑生产具有十分重要的意义。
关键词：PP／碳纤维复合材料；拉伸强度；冲击韧性
Research on Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced PP Composites
Xu Jiusheng
Abstract：In consideration of the difficulty of producing and the ability of property improving，short carbon fiber and carbon fiber powder were selected as reinforced phase to compare the improving effect and producing difficulty of them，the influences of short carbon fiber／carbon fiber powder on the mechanical properties of these two composite materials were discussed by determining tensile property and impact toughness.The results show that with the content of carbon fiber increase，the impact toughness and the tensile property of these two composite materials increase first and then reduce，the reinforce effect of mechanical property are more obvious if short carbon fiber is chosen as the reinforced phase，on the contrary，when carbon fiber powder is chosen to be reinforced phase，a composite material with more stable property and easier producing adaptability is acquired，which is instructive to the actualinjection production of carbon fiber products.
Keywords：PP／CF composite；tensile strength；impact toughness
碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维，按其原料可分为3类：聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维，其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广，需求量也最大，碳纤维是通过有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等)高温(1000～3000℃，惰性气体环境)分解，碳化制成的，碳纤维增强复合材料(CFRP)是以碳纤维作为增强体的复合材料，与传统材料相比，它具有高比强度、高比模量、质量轻等优越性能，密度不到钢的1／4，能像铜那样导电，比不锈钢还耐腐蚀，拉伸强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，拉伸弹性模量为23000～43000MPa，也高于钢，在新型民用超音速飞机、水下核潜艇、高速列车等尖端科学技术领域以及建筑、机械、化工等领域得到愈来愈广泛的应用，并且在某些领域有逐步取代传统金属材料的趋势。
碳纤维的加入大大改善材料的力学性能，目前市场上的碳纤维主要有纤维态、粉末态两种，对于纤维态碳纤维，由于本身纤维的形态可以承受高强度的力学性能，但对于大型复合制品，由于纤维表面的静电吸引作用，导致纤维和基体很难均匀混合所以加工成型的难度大、成本高，而对于粉末态碳纤维的复合制品，其力学性能略逊，但是加工成型则较容易，笔者通过测定短切碳纤维增强PP复合材料以及碳纤维粉末增强PP复合材料的力学性能，考察了短切碳纤维以及碳纤维粉末的含量对各自复合材
料力学性能的影响，最后比较了两者对于基体树脂(PP)的增强效果以及加工的难易，这为生产实际中使用碳纤维的形态选择提供了参考。
1实验部分
1．1实验原材料
短切碳纤维增强PP复合材料：东莞常平塑胶化工经营部；
碳纤维粉、PP：广东茂名石化实华股份有限公司。
1．2仪器及设备
注塑机：EM150–SVP型，震雄集团；
熔体流动速率测定仪：ZXNR–400A型，上海左科仪器设备有限公司；
拉伸试验机：TCS–2000型，台湾高铁科技股份有限公司；
简支梁摆锤式冲击试验机：扬州市江都道纯试验机械厂；
锥形双螺杆挤出机：SJSZ20／40型，武汉怡扬塑料机械厂。
2结论
(1)随着碳纤维含量的增加，两种复合材料的冲击性能以及拉伸性能都呈先增加后减小的趋势；
(2)短切碳纤维增强PP复合材料的力学性能在碳纤维质量分数达到8%左右达到极值，碳纤维粉末增强PP复合材料的力学性能在碳纤维质量分数达到25%左右达到极值；(3)短切碳纤维作为增强相对基体树脂的力学性能增强效果更为显著，碳纤维粉末由于其粉末形态，更容易均匀分散于基体树脂之中，其加工适应性强，性能更加稳定。
实验对于碳纤维复合制品的实际工艺生产具有一定的借鉴意义。