碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的概述

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碳(C)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(Material)是以樹(shù)脂為基體，碳纖維為增強(qiáng)體，采用先進(jìn)的成型加工方法制備的高性能復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料在復(fù)合材料大家族中，纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹(shù)脂復(fù)合的玻璃鋼問(wèn)世以來(lái)，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進(jìn)，使其復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。下面讓我們來(lái)了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類(lèi)不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱?，此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)），對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料作為先進(jìn)復(fù)合材料的一個(gè)最重要的分支，具有比強(qiáng)度（strength)和比剛度高，抗疲勞性好，耐腐化侵蝕 ，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒(méi)有變動(dòng))性(The stability of)好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，以及便于大面積整體成型的優(yōu)點(diǎn)，還有特殊的電磁性能和吸波隱身等作用，充分體現(xiàn)(tǐ xiàn)了集結(jié)構(gòu)承載和功能于一身的特性。  根據(jù)基體樹(shù)脂的特征，可分為兩大類(lèi)：熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂。對(duì)于先進(jìn)復(fù)合材料，目前仍以熱固性樹(shù)脂為主，即包括(bāo kuò)一般應(yīng)用的環(huán)氧(Oxygen)樹(shù)脂和酚醛(aldehyde)樹(shù)脂，還包括具有高性能的新一代樹(shù)脂，如雙馬來(lái)酰亞胺（Imide）樹(shù)脂，聚酰亞胺(縮寫(xiě)：pi）樹(shù)脂，氰酸酯樹(shù)脂，聚芳基乙炔樹(shù)脂等。熱塑性樹(shù)脂包括通用工程塑料（結(jié)構(gòu):合成樹(shù)脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、色料)，聚酰胺(俗稱(chēng):尼龍)，聚碳酸酯(Polycarbonate)，聚甲醛(Formaldehyde)，聚苯醚，聚酯。還包括先進(jìn)的熱塑性樹(shù)脂，包括聚砜，聚醚砜，聚苯硫（化學(xué)符號(hào)：S）醚，聚芳醚酮（tóng），聚酰亞胺，聚芳酯等。  近年來(lái)隨著制造工藝技術(shù)和生產(chǎn)(Produce)規(guī)模的不斷發(fā)展，碳纖維的性價(jià)比明顯提高，應(yīng)用日益增長(zhǎng)。在性能方面，以日本東麗公司(Company)為代表的商品化的高強(qiáng)型碳纖維T1000G的拉伸強(qiáng)度為6370MPa，高模型碳纖維M60J的彈性模量為588GPa。為降低（reduce)成本，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以美國(guó)ZOLTEK公司開(kāi)發(fā)牌號(hào)為PANEX35的PAN基大絲束碳纖維的拉伸強(qiáng)度已達(dá)到了3800MPa，已相當(dāng)于小絲束碳纖維T300的性能，這些都為CFRP的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了很大的空間。  碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料不僅采用復(fù)合材料成型加工的常用技術(shù)，如熱壓罐/真空袋，纖維纏繞，樹(shù)脂傳遞（transmission)模塑，模壓，拉擠，注射等，而且在這些成型加工方法的基礎(chǔ)上注入了新的加工技術(shù)，如RTM法已開(kāi)發(fā)了真空輔助RTM，熱膨脹(inflate)RTM，差壓RTM，SCRIMP，RFI等方法以及微波輔助拉擠，電子束固化，纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)等也已進(jìn)入應(yīng)用階段。  基體樹(shù)脂在復(fù)合材料中起著把碳纖維粘結(jié)在共同并傳遞載荷的作用，樹(shù)脂的耐熱性，韌性(toughness)，耐化學(xué)介質(zhì)(起決定作用的物質(zhì))等是決定碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料性能的關(guān)鍵（解釋:比喻事物的重要組成部分)。