碳纤维增强复合材料力学性能分析
碳纤维增强复合材料力学性能实验分析
碳纤维增强复合材料力学性能实验分析陈旭元【期刊名称】《《建材与装饰》》【年(卷),期】2019(000)027【总页数】2页(P47-48)【关键词】复合材料; 碳纤维; 力学性能【作者】陈旭元【作者单位】江苏工程职业技术学院建筑工程学院江苏省南通市 226300【正文语种】中文【中图分类】TB332引言近几年汽车生产与制造领域取得了的巨大发展。
据调查显示，2018年年底，全国机动车保有量已经超过了3亿辆，其中私家车所占比重接近50%，与去年同期相比，增加了16.54%。
汽车制造为人们生活生产带来极大便利的同时，也造成了资源短缺与环境污染问题。
对此，使用碳纤维增强复合材料实现汽车轻量化，降低汽车重量和油耗十分必要。
1 碳纤维增强复合材料简介1.1 复合材料碳纤维增强复合材料层合板是根据不同的设计要求，将单层单向的纤维材料，增强成为预浸料的模式，并按照这一方式进行层层叠铺的方式获得。
碳纤维增强复合材料层合板是一种以碳纤维为增强材料、以环氧树脂作为基础的合成材料。
碳纤维增强复合材料以及应用其制作的构件主要包括了固化与成形两种工艺技术。
根据不同的材料、产品形状、结构性能、使用要求和工艺设备等方面的特征，可以选择不同的固化与成形方法。
例如，常见的碳纤维增强复合材料层合板制备方法为模压方法，这种方法能够最大限度地提高材料本身的利用率，减少废料产生，避免浪费同时也降低对环境的污染[1]。
1.2 复合材料层合板铺层碳纤维增强复合材料当中的复合材料层合板铺层的长度设定为x轴，每层与x轴的夹角设定为铺层的角度，用数字表示。
数字的排列顺序代表复合材料单层板在层合板当中的层铺顺序，角度下标表示的是角度连续铺层的数量[2]。
1.3 复合材料层合板损伤模式在对碳纤维增强复合材料层合板损伤模式进行研究的过程中，能够看出纤维增强树脂复合材料的主要结构类型中有三种不同的损伤模式，即纤维断裂模式、基体开裂模式和界面脱粘与分层模式。
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。
碳纤维复合材料力学性能研究进展
包 装 工 程第44卷 第21期 ·36·PACKAGING ENGINEERING 2023年11月收稿日期：2023-05-30基金项目：国家自然科学基金（12172344） *通信作者碳纤维复合材料力学性能研究进展段裕熙，张凯*，徐伟芳，陈军红，龚芹（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川 绵阳 621999）摘要：目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展，推进碳纤维复合材料的研制和应用。
方法 采用文献调研法，梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容，对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。
结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等，提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。
关键词：碳纤维复合材料；静态力学性能；动态力学性能；三维编织复合材料 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)21-0036-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.21.005Mechanical Property of Carbon Fiber CompositesDUAN Yu-xi , ZHANG Kai *, XU Wei-fang , CHEN Jun-hong , GONG Qin(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621999, China) ABSTRACT: The work aims to explore recent advancements in the mechanical properties of carbon fiber composites for thermal structural applications, with the objective of promoting the development and utilization of carbon fiber composites. Through a comprehensive literature review, the current research status on the mechanical properties of carbon fiber composites was summarized, and the factors affecting the static and dynamic mechanical properties of 2D composites, needled composites, and 3D woven composites were analyzed. The results indicate that factors affecting the static and dynamic mechanical properties of carbon fiber composites include temperature, strain rate, density, et al. And further investigations are necessary in multi-factor coupling and high temperature dynamic properties of carbon fiber composites. KEY WORDS: carbon fiber composite; static mechanical properties; dynamic mechanical properties; three-dimensional weaving composite碳纤维由有机纤维经过一系列热处理转化而成，它是含碳量高于90%的无机高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。
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%。
碳纤维增强铝基复合材料
应用领域
航空航天
用于制造飞机和航天器 的结构件，以减轻重量
并提高结构强度。
汽车工业
用于制造汽车车身、底 盘和零部件，提高汽车
性能和燃油经济性。
体育器材
用于制造轻量化、高强 度的运动器材，如自行 车架、高尔夫球杆等。
电子产品
用于制造轻薄、强度高 的电子设备外壳和内部
支撑结构。
碳纤维增强铝基复合
02
汽车工业领域
节能减排需求
降低生产成本
随着环保意识的提高，汽车工业领域对节 能减排的需求日益迫切，碳纤维增强铝基 复合材料具有轻量化和节能的特点。
通过采用碳纤维增强铝基复合材料， 可以简化生产流程，降低生产成本。
提高车辆性能
采用碳纤维增强铝基复合材料可以提 升汽车的结构性能和舒适性，提高车 辆的操控性和安全性。
良好的耐腐蚀性
碳纤维增强铝基复合材料具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗大气、水和酸的侵蚀。 由于铝基体本身具有一定的耐腐蚀性，加上碳纤维对铝基体的保护作用，该材料 的耐腐蚀性能得到进一步提高。
在腐蚀环境下，碳纤维增强铝基复合材料的表面形成一层致密的氧化膜，能够有 效阻止腐蚀介质侵入材料内部。此外，该材料还具有较强的抗疲劳性能和抗应力 腐蚀能力，能够长期保持性能稳定。
在浸渗过程中，铝液会与碳纤 维发生反应，形成碳纤维增强 铝基复合材料。
该方法适用于制备大型和复杂 的构件，但需要严格控制浸渗 温度和时间。
喷射沉积法
将铝液和碳纤维通过高速喷射的方式同时喷入到沉积室内，在沉积室内形成复合材 料。
喷射沉积法可以制备出具有优良性能的碳纤维增强铝基复合材料，且生产效率高。
THANKS.
的要求。
其他领域
建筑领域
碳纤维复合材料的制备和性能研究
碳纤维复合材料的制备和性能研究复合材料作为一种新型材料，由于其具有结构轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能，在航空、航天、汽车、船舶等众多领域得到广泛应用。
碳纤维复合材料是其中一种材料，由于其高强度、低密度、高刚度和优良的热稳定性等特点，已经广泛应用于各种高端产品，如飞机、汽车、大型模具、船舶制造等领域。
本文主要介绍碳纤维复合材料的制备和性能研究方面的进展和成果，对于进一步研究这种材料的应用前景和发展具有参考价值。
一、碳纤维复合材料的制备碳纤维复合材料的制备是一个复杂的过程，需要对材料的性质进行深入的了解，并结合实际生产情况进行设计和试验。
一般来说，碳纤维复合材料的制备分为以下几个步骤：1、预制备碳纤维碳纤维是制备碳纤维复合材料的关键组成部分，其质量对复合材料的性能起到至关重要的作用。
碳纤维的质量受到多种因素的影响，如选择的原料、生产工艺、热处理方式等。
通常采用纤维束成型、碳化及氧化等工艺制备碳纤维，确保碳纤维的品质。
2、浸渍树脂将预制的碳纤维放入树脂中，使其充分浸泡。
树脂中的成分可以根据需要调整，以达到预期的力学性能。
3、热固化热固化是碳纤维复合材料制备的关键步骤之一。
材料通过温度和时间的控制，让树脂变成固体，并在碳纤维表面形成一层牢固的化学键连接。
通过这一步工艺，可以提高碳纤维复合材料的强度和刚度。
4、精加工精加工是制备碳纤维复合材料的最后步骤。
通过对材料进行切割、抛光、打磨、胶接等方式，可以获得一定形状、尺寸和光泽度的制品。
精加工过程中需要注意不要损伤材料的表面和内部结构，保证材料性能的完好。
以上是碳纤维复合材料制备的主要步骤，整个制备过程需要物理学、化学、材料学等多学科的知识和技术的支持，且需要结合多种因素综合评估生产效果。
二、碳纤维复合材料的性能研究碳纤维复合材料具有优良的力学性能、热性能和热膨胀性等特点，但其性能亦受制备过程中的各种因素影响。
为了更好地应用这种材料，需要对其性能进行全面研究和分析。
碳纤维复合材料的拉伸强度
碳纤维复合材料的拉伸强度引言碳纤维复合材料是一种具有优异力学性能和轻质化特点的新型材料，广泛应用于航空航天、汽车、体育用品等领域。
其中，拉伸强度是评价碳纤维复合材料性能的重要指标之一。
本文将详细介绍碳纤维复合材料的拉伸强度及其相关知识。
1. 拉伸强度的定义拉伸强度是指材料在拉伸过程中所能承受的最大拉力。
它是材料抵抗拉伸破坏的能力的一个重要参数。
通常以标称断裂强度来表示，单位为MPa。
2. 碳纤维复合材料的构成和制备碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成。
碳纤维是一种由碳元素组成的纤维状材料，具有高强度和高模量的特点。
树脂基体则起到支撑和保护碳纤维的作用。
制备碳纤维复合材料的过程主要包括以下几个步骤：1.碳纤维预处理：将原始碳纤维进行表面处理，提高其与树脂基体的黏结性；2.预浸料制备：将经过预处理的碳纤维浸渍于树脂基体中，形成预浸料；3.预浸料层叠：将多层预浸料叠加在一起，形成复合材料板材；4.热压固化：将复合材料板材放入热压机中进行高温高压的热固化处理；5.加工成型：根据产品的需求，对固化后的复合材料进行切割、成型等加工工艺。
3. 影响拉伸强度的因素碳纤维复合材料的拉伸强度受到多种因素的影响，主要包括：3.1 纤维性能碳纤维的性能直接影响到复合材料的拉伸强度。
碳纤维的强度和模量决定了复合材料的整体性能。
通常采用高强度、高模量的碳纤维可以提高复合材料的拉伸强度。
3.2 纤维体积分数纤维体积分数是指在复合材料中纤维的体积占比。
增加纤维体积分数可以提高复合材料的拉伸强度，因为纤维是主要承载力的成分。
3.3 树脂基体性能树脂基体的性能对拉伸强度也有一定的影响。
具有较高强度和良好黏结性的树脂基体可以提供更好的支撑和保护作用，从而提高复合材料的拉伸强度。
3.4 加工工艺碳纤维复合材料的制备过程中的加工工艺也会对拉伸强度产生影响。
合理的加工工艺可以保证复合材料的均匀性和一致性，从而提高拉伸强度。
4. 测定拉伸强度的方法测定碳纤维复合材料的拉伸强度通常采用万能材料试验机进行拉伸试验。
碳纤维增强铜基复合材料
碳纤维增强铜基复合材料姓名: 张洪敏学号: SX1206088专业: 材料加工工程导师：汪涛日期：2012年11月15日碳纤维增强铜基复合材料一、碳纤维增强铜基复合材料的性质及其特点目前国内外开展金属基复合材料占主导地位的是铝基复合材料及其制品，铜基复合材料的研究虽然不占主导地位，近年来也受到了人们的极大重视。
现在有许多关于碳/铜复合材料的报道，证明它又一系列的优异性能。
如：可利用其低的膨胀系数和优良的导热、导电、延展性和耐磨性制作功能结构元件；大功率晶闸管支撑电极；大规模集成电路基板；电刷、触头及其他导电滑块；耐磨自润滑轴承和其他耐磨件等。
但是由于铜的熔点较高，较其他熔点低的金属来说，制造过程困难，同时由于铜基体与金属基复合材料的主要增强体润湿性差，所以影响了对其的研究和开发。
随着人们对界面结构认识的提高及对改善润湿性方法的采用，使铜基复合材料的开发和应用具有广泛的前景。
碳/铜复合材料除具有铜基复合材料的共同特点之外，还具有优良的高温力学性能，根据增强体的体积，可将热膨胀系数减到接近零。
这种复合材料的成本比钛低，密度比钢小，且易加工，因此碳/铜复合材料受到人们的广泛关注。
碳纤维增强铜基复合材料是以铜为基体，以碳纤维为增强体的金属基复合材料。
选择高强高模、高强中模及超高模量碳纤维，以一定的含量和分布方式与铜基体组成不同性能的碳/铜复合材料。
由于碳纤维具有很高的强度和模量，负的热膨胀系数以及耐磨、耐烧蚀等性能，与具有良好导热导电性的铜基组成复合材料具有很好的导热导电性、高的比强度、比模量，很小的热膨胀系数和耐磨、耐烧蚀性，是高性能的导热、导电功能材料。
二、碳纤维增强铜基复合材料的表面改性一束碳纤维表面直接沉积铜后，经不同温度的真空热扩散，测试热扩散前后C/Cu复合材料丝的断裂强度，测定结果表明，复合丝经900℃热扩散后强度仍未降低，说明碳纤维与铜基体之间没有发生界面反应。
X射线衍射结果也表明，C/Cu界面处无反应物产生。
- 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)。
碳纤维增强复合材料力学性能分析
随着科技的发展，碳纤维增强复合材料已经成为了一种具有很高应用价值的材料。
它具有轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀等优点，在航空、汽车、船舶、建筑等领域得到了广泛应用。
本文将从力学性能的角度出发，对碳纤维增强复合材料的力学性能进行分析。
1. 弹性模量和刚度
弹性模量和刚度是材料力学性能的重要指标之一，也是衡量碳纤维增强复合材
料力学性能的重要指标。
碳纤维增强复合材料具有很高的弹性模量和刚度，这是由其几何结构的特殊性质决定的。
碳纤维增强复合材料具有层板结构，其中碳纤维纵向排列，树脂材料覆盖其中。
由于碳纤维具有很高的强度和刚度，所以整个材料具有很高的弹性模量和刚度。
此外，碳纤维增强复合材料的制造过程中可以调整不同层之间的布层方式和厚度，可以进一步调整其弹性模量和刚度。
2. 抗拉强度和疲劳性能
抗拉强度和疲劳性能也是衡量材料力学性能的重要指标之一。
碳纤维增强复合
材料在静态负载下具有很高的抗拉强度，主要是由于碳纤维具有很高的强度。
此外，碳纤维增强复合材料还具有良好的疲劳性能，这主要是由于树脂材料可以很好地分散和吸收碳纤维的应力。
需要注意的是，碳纤维增强复合材料在受到局部冲击或者剪切力时，容易发生
开裂和破坏。
这是由于碳纤维增强复合材料的层板结构，导致材料在不同方向的强度和刚度差异很大。
因此，在设计碳纤维增强复合材料元件时，需要考虑到它在受到不同方向应力时的响应。
3. 热膨胀系数
热膨胀系数是材料在温度变化过程中尺寸变化的指标，也是衡量材料力学性能
的重要参数之一。
碳纤维增强复合材料具有很小的热膨胀系数，这是由其特殊的结构和低热导率决定的。
这使得碳纤维增强复合材料在高温环境下具有很好的稳定性，可以在高温环境下进行长时间的使用。
4. 可加工性
可加工性是材料工程设计中需要考虑到的重要指标之一。
碳纤维增强复合材料
的可加工性相对较差，主要是由于其结构的特殊性质所导致的。
在加工过程中，碳纤维易断，切削困难，而且材料的几何形状和尺寸难以控制。
因此，在设计碳纤维增强复合材料元件时，需要考虑到其成型工艺和技术难度。
综上所述，碳纤维增强复合材料具有很高的弹性模量和刚度，良好的抗拉强度
和疲劳性能，小的热膨胀系数和较差的可加工性。
在实际应用中，需要根据具体的使用条件和要求，合理选择碳纤维增强复合材料的制造工艺、厚度以及布层方式，以达到最佳的力学性能和应用效果。