碳纖維增強復合材料的技術知識

碳纖維增強復合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡稱CFRP)是以碳纖維或碳纖維織物為增強體，以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體所形成的復合材料，簡稱碳纖維復合材料。 copyright 123456

它是一種高性能纖維，在建筑結(jié)構中的使用量最大。在保護氣氛中的有機纖維在施加張力牽引下，經(jīng)過熱處理碳化而成為含碳量90%以上的碳纖維。 內(nèi)容來自123456

CFRP材料最初應用于航天工業(yè)，這項技術在20世紀70年代已漸趨成熟。20世紀60年代，美國開始把CFRP材料應用在土木工程領域。但當時實驗結(jié)果不理想，而且試驗費用很高，所以FRP材料在土木領域的研究與應用在其后二十多年里沒有很大的進展。直到80年代，歐美、日本和澳大利亞等國才開始重視相關應用研究。

一、CFRP的種類和構造

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0CFRP是如何制造出來的呢?首先碳纖維只是一種纖維，只用它是無法制造出部件的。所以，碳纖維要和樹脂一起制成復合材料使用。根據(jù)所用樹脂種類的不同，以及碳纖維品種、狀態(tài)(可制成織物及短纖維等多種形態(tài))的不同，制成的CFRP的特性也大不相同。單是主要的中間基材(成型材料)就有4種。這些中間基材及成型材料對應的主要成型方法也不一樣。

二、熱硬化性和熱可塑性

CFRP使用的樹脂有兩大類，一類是環(huán)氧樹脂及非飽和聚酯樹脂等熱硬化性樹脂，另一類是聚丙烯(PP)及聚酰胺(PA)等熱可塑性樹脂。這兩種樹脂的特性有所不同。 copyright 123456

熱硬化性樹脂在碳纖維浸漬階段為低粘度單體，之后，隨著成型時的加熱發(fā)生聚合，變成聚合物(樹脂)。由于聚合反應需要一定時間，因此成型周期通常較長。利用制造飛機結(jié)構件時使用的熱壓罐法，加熱時間達到2～4小時。 123456

而使用熱可塑性樹脂時，其成型與通常的樹脂成型基本相同，小尺寸部件的射出成型可在10秒內(nèi)完成，即便是非常大的大尺寸部件的沖壓成型，也可在1分～數(shù)分內(nèi)完成。由于加工效率高，因此可輕松實現(xiàn)低成本化。不過，與熱硬化樹脂相比，熱可塑性樹脂的熔融粘度較高，所以加工大尺寸部件時必須使用大型沖壓機。 內(nèi)容來自123456