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極致的性價(jià)比是永恒的目標(biāo)
碳纖維與其他材料復(fù)合實(shí)現(xiàn)性能互補(bǔ)共振是大趨勢(shì)
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料,通過物理或化學(xué)的方法組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。
復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。
金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。
非金屬基體主要有合成 樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。
增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸 纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。
碳纖維復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料,通過物理或化學(xué)的方法, 在宏觀上組成具有新性能的材料。碳纖維復(fù)合材料是一種兩相復(fù)合材料,是由有機(jī)纖維轉(zhuǎn)化而成,其具有優(yōu)異的力學(xué)性能,同時(shí)還具備碳材料的原本特性,屬于一種新型增強(qiáng)纖維。
碳纖維+聚合物:中高溫下金屬材料最佳替代者
以各種聚合物材料為基體的碳纖維復(fù)合材料統(tǒng)稱為碳纖維聚合物基復(fù)合材料,也可稱為碳纖維樹脂基復(fù)合材料。
按照樹脂基體材料的性能可將復(fù)合材料分為通用性樹脂基復(fù)合材料、耐高溫型樹脂基復(fù)合材料、耐化學(xué)腐蝕型樹脂基復(fù)合材料以及阻燃型樹脂基復(fù)合材料等。
按照聚合物材料機(jī)構(gòu)形式劃分可分為熱固性樹脂基復(fù)合材料、熱塑性樹脂基復(fù)合材料及橡膠基復(fù)合材料。
高比強(qiáng)度、高比模量。高強(qiáng)高模碳纖維/環(huán)氧樹脂的比強(qiáng)度是鋼的5 倍、鋁合金的 4 倍。 耐疲勞性能好。樹脂基復(fù)合材料的疲勞極限可達(dá)其拉伸強(qiáng)度的 70%-80%。 耐燒蝕性能好。樹脂基復(fù)合材料的界面有很好的阻尼功效,減震能力強(qiáng)。 加工工藝性好。樹脂基復(fù)合材料可以采用多種成型方法制造,工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。
聚合物基碳纖維復(fù)合材料的制備、成型工藝與其他材料相比具有鮮明特點(diǎn)。
聚合物基碳纖維復(fù)合材料的形成與制品的成型是同時(shí)完成的,該材料的制備過程也就是其制品的生產(chǎn)過程,因而可以使得大型的制品一次整體成型,從而簡(jiǎn)化制品結(jié)構(gòu),減少了組成 零件和連接件的數(shù)量,進(jìn)而減輕制品質(zhì)量并降低工藝消耗。其次,由于樹脂在固化前具有一定的流動(dòng)性,纖維又很柔軟,依靠模具容易形成要求的形狀和尺寸,因此樹脂基復(fù)合材料的成型較為方便,可制造單件和小批量產(chǎn)品,優(yōu)培德已經(jīng)為很多客戶提供一次整體成型的產(chǎn)品與案例。
聚合物基碳纖維復(fù)合材料的制造大體包括預(yù)浸料的制造、成型及制件的后處理與機(jī)械 加工。 預(yù)浸料是樹脂基體(熱固性或熱塑性)在嚴(yán)格控制條件下浸漬連續(xù)纖維或 織物,制成樹脂基體與增強(qiáng)體的組合物,是制備復(fù)合材料的中間材料,可廣泛用于手糊成型、自動(dòng)鋪層或纏繞成型等復(fù)合材料制備工藝中。目前世界上大部分碳纖維都是以預(yù)浸料形式應(yīng)用的,復(fù)合材料制品的力學(xué)及化學(xué)性 質(zhì)在很大程度上取決于預(yù)浸料的質(zhì)量。但預(yù)浸料一般在低溫下儲(chǔ)存以保證 使用時(shí)具有合適的粘度、鋪覆性和凝膠時(shí)間等工藝性能。成型工藝方面,手糊成型、熱壓罐成型、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型及 樹脂傳遞成型為使用較為普遍的方式,優(yōu)培德公司具有以上成型工藝及能力。
加工方面,由于結(jié)構(gòu)的特殊性,碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料通常直接紡織 成產(chǎn)品形狀,但很多情況下紡織成型的產(chǎn)品并不能很好地滿足精度或者裝 配的要求,因此還需對(duì)其進(jìn)行二次加工?,F(xiàn)階段已經(jīng)存在多種比較成熟的 CFRP 的加工方式,其中應(yīng)用最為廣泛的就是機(jī)械加工。機(jī)械加工CFRP經(jīng)過 長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)具備了成熟的加工工藝和專用的加工設(shè)備,基本能夠滿足使用要求,但隨著應(yīng)用的規(guī)模化,高精加工的需求越來越多,機(jī)械加工 CFRP 顯現(xiàn)出了一些弊端:加工時(shí)材料本身的結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞,造成纖維斷裂, 還伴隨有切削熱損傷問題,同時(shí)刀具的嚴(yán)重磨損增加了生產(chǎn)的成本。超聲振動(dòng)輔助加工、電火花加工、水射流加工及激光加工等方式逐步被開發(fā)利用。