碳纖維復(fù)合材料的研究與應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料的研究與應(yīng)用簡(jiǎn)介碳纖維復(fù)合材料是一種高強(qiáng)度、高剛度、輕質(zhì)化、高耐蝕性的高級(jí)材料。它由碳纖維和樹(shù)脂基體組成，具有優(yōu)異的力學(xué)、物理、化學(xué)等性能。目前，碳纖維復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、體育器材、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。碳纖維的生產(chǎn)碳纖維是一種高強(qiáng)度、高模數(shù)的纖維材料，其主要成分是碳元素。碳纖維的生產(chǎn)主要分為以下幾步：原料選擇碳纖維的原材料是聚丙烯腈(PAN)、瀝青和煤焦油。其中以PAN為主要原料，其次是瀝青和煤焦油。PAN的纖維化程度高，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，是碳纖維生產(chǎn)的主要原料。纖維化PAN經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，再通過(guò)拉伸和碳化的工序，制成碳纖維。碳纖維的制備過(guò)程主要分為三個(gè)階段：預(yù)氧化、碳化和石墨化。預(yù)氧化是指將PAN預(yù)處理后固化，以便將其碳化成為具有一定強(qiáng)度的原始碳纖維。碳化是指將預(yù)氧化后的PAN在高溫下進(jìn)行重整制備成高強(qiáng)高模的碳纖維。石墨化是將碳化后的碳纖維在高溫下處理，結(jié)晶化，以提高其強(qiáng)度與模量。后處理將制成的碳纖維進(jìn)行表面處理，并進(jìn)行絲束整理、篩分、對(duì)捻等后處理加工，成為纖維束或纖維繩。樹(shù)脂基體的選擇和制備樹(shù)脂基體常用的材料有熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂。熱固性樹(shù)脂多用于碳纖維的制造中，熱塑性樹(shù)脂主要用于易于成型的產(chǎn)品。熱固性樹(shù)脂主要有環(huán)氧樹(shù)脂、苯醇酚樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等。環(huán)氧樹(shù)脂是最常用的基體材料，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性，且可通過(guò)改變配比，達(dá)到不同的性能要求。熱塑性樹(shù)脂主要有聚酰亞胺樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂等。與熱固性樹(shù)脂相比，熱塑性樹(shù)脂具有成型性好、質(zhì)量穩(wěn)定、加工穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度和耐用性較弱。碳纖維復(fù)合材料的制備碳纖維和樹(shù)脂基體通過(guò)復(fù)合工藝制成碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料的制造一般包括以下工藝流程：布料、預(yù)浸漬、硬化、成型、修整、鉆孔、表面處理等工序。布料纖維以規(guī)定長(zhǎng)度、寬度、厚度等要求，堆放在模具內(nèi)。預(yù)浸漬將環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸漬碳纖維紗線勻布在模具上，排出預(yù)浸漬后的碳纖維，壓實(shí)為薄片，形成初步成型。硬化放入烤箱中，固化出初步制成的樹(shù)脂固體。成型將預(yù)先制好的初步成型碳纖維復(fù)合材料放入經(jīng)過(guò)加工的模具中，在特定的溫度、時(shí)間和壓力下進(jìn)行成型。修整成型后的碳纖維復(fù)合材料可能會(huì)產(chǎn)生缺陷、毛刺等不良現(xiàn)象，需要進(jìn)行修整，使表面平滑。鉆孔對(duì)于需要加工的碳纖維復(fù)合材料，需進(jìn)行鉆孔等工序。表面處理對(duì)碳纖維復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨、噴漆等處理。碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用作為一種優(yōu)良的材料，碳纖維復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。今天，我們將主要介紹以下幾個(gè)方面的應(yīng)用。航空航天碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在飛機(jī)、衛(wèi)星、太空船等航空器中，碳纖維復(fù)合材料被用作主要的結(jié)構(gòu)材料。其輕量化、高強(qiáng)度、高剛度、高溫性和抗腐蝕性等性能，使其成為一種理想的航空材料。汽車制造碳纖維復(fù)合材料在輕量化汽車制造中也得到了廣泛應(yīng)用。它比鋼材、鋁合金等傳統(tǒng)材料更輕，強(qiáng)度更高，同時(shí)具有更好的耐腐蝕性，也更適合制造高效燃油、純電動(dòng)等新能源汽車。體育器材碳纖維復(fù)合材料在體育器材制造中也具有廣泛應(yīng)用。通常，碳纖維復(fù)合材料被用作高端運(yùn)動(dòng)器材的結(jié)構(gòu)材料，如高檔自行車、高爾夫球桿、滑雪桿和網(wǎng)球拍等。醫(yī)療器械碳纖維復(fù)合材料作為一種新型生物醫(yī)用材料，其生物相容性、強(qiáng)度和模量等物理化學(xué)特性優(yōu)異，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械制造領(lǐng)域。如人工骨、人工關(guān)節(jié)、牙科材料等。結(jié)論隨著人們對(duì)質(zhì)量、安全、環(huán)保的追