碳纤维拉挤树脂含量约多少

Ⅰ 论碳纤维管强度，看看技术如何颠覆传统！

从18世纪60年代开始，我们的世界在第一次工业革命的引领之下，日新月异，发展迅猛，就如同打开了发展速度这个“潘多拉魔盒”一样，一发不可收拾。而与之对应的则是各类的新型产品，技术革命以及颠覆式的创新。邓公曾讲过，科技是第一生产力。而如今看来，的确如此。技术的提升创新甚至是革命，带来的是前所未有的惊喜和对传统产品巨大的冲击力。碳纤维便是如此应运而生。究竟碳纤维有何过人之处，今日且听笔者娓娓道来。

碳纤维管又称碳素纤维管，也称碳管，碳纤管，是采用碳纤维复合材料预浸入苯乙烯基聚脂树脂经加热固化拉挤(缠挠)而成。在制过程中，可以通过不同的模具生产出各种型材，如：不同规格的碳纤维圆管，不同规格的方管，不同规格的片材，以及其它型材：在制作过程中也可以包3K进行表面包装美化等等。而我们知道，碳纤维管的基础便是碳纤维，碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。

通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。

当孔隙率低于某个临界值时，孔隙率对碳纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和拉伸强度无明显的影响。有些研究指出，引起材料力学性能下降的临界孔隙率是1%-4%。孔隙体积含量在0-4%范围内时，孔隙体积含量每增加1%，层间剪切强度大约降低7%。通过对碳纤维环氧树脂和碳纤维双马来亚胺树脂层压板的研究看出，当孔隙率超过0.9%时，层间剪切强度开始下降。由试验得知，孔隙主要分布在纤维束之间和层间界面处。并且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，并显著降低了层合板中层间界面的面积。当材料受力时，易沿层间破坏，这也是层间剪切强度对孔隙相对敏感的原因。另外孔隙处是应力集中区，承载能力弱，当受力时，孔隙扩大形成长裂纹，从而遭到破坏。

即使两种具有相同孔隙率的层压板(在同一养护周期运用不同的预浸方法和制造方式)，它们也表现处完全不同的力学行为。力学性能随孔隙率的增加而下降的具体数值不同，表现为孔隙率对力学性能的影响离散性大且重复性差。由于包含大量可变因素，孔隙对复合材料层压板力学性能的影响是个很复杂的问题。这些因素包含：孔隙的形状、尺寸、位置;纤维、基体和界面的力学性能;静态或者动态的荷载。

相对于孔隙率和孔隙长宽比，孔隙尺寸、分布对力学性能的影响更大些。并发现大的孔隙(面积>0.03mm2)对力学性能有不利影响，这归因于孔隙对层间富胶区的裂纹扩展的产生影响。

碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种新的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值(0.72到0.90)，而垂直于纤维方向是正值(32到22)。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。

碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢;因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量(指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量)是玻璃纤维的3倍多;与凯夫拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大;拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些;拉伸模量受孔隙率影响较小。

碳纤维还具有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数)，一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力(即不能打结)而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。

所以综合来讲，碳纤维管具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、低密度等优点。尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。并具有高比模、耐疲劳、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等。

而如今，碳纤维的应用也是非常的广泛，除了我们已知的航空航天材料以及军工产品外，在民用方面也是很丰富的。而碳纤维管更是与日常生活密不可分，得益于独特的硬度与轻度，，广泛应用于风筝、航空模型飞机、灯用支架、PC设备转轴、蚀刻机、医疗器械、体育器材等机械设备，所以，如果您要选择相关的产品，碳纤维制品绝对是比较好的选择，不过也正是因为它优良的产品特性，价格不比其他产品。可小编认为，好的产品，优质的体验，价格又何妨呢!

Ⅱ 碳纤维复合材料成型方法及工艺

复合材料加工工艺是在同一基础上根据不同材料的特性及应用目的而不断衍生发展的。碳纤维复合材料在发挥质轻、强度大的基础上，也会根据应用对象的差异而采用不同的成型工艺，从而尽可能地发挥出碳纤维所具有的特殊性能。下面小编针对适用于碳纤维复合材料的成型工艺及其应用以及碳纤维复合材料的成型方法。希望能够给大家带来帮助。

一、碳纤维复合材料的成型方法

1、模压法。这种方法是将早已预浸树脂的的碳纤维材料放入金属模具中，加压后使多余的胶液溢出来，然后高温固化成型，脱膜后成品就出来了，这种方法最适合用来制作汽车零件。

22、手糊压层法。将浸过胶后的碳纤维片剪形叠层，或是以便铺层一边刷上树脂，再热压成型。这个方法可以随便选择纤维的方向、大小和厚度，被广泛使用。注意的是铺层后的形状要小于模具的形状，这样纤维在模具内受压时就不会挠曲。

33、真空袋热压法。在模具山叠层，并覆上耐热薄膜，利用柔软的口袋向叠层施加压力，并在热压灌中固化。

44、缠绕成型法。将碳纤维单丝缠绕在碳纤维轴上，特别适用于制作圆柱体和空心器皿。

55、挤拉成型法。先将碳纤维完全浸润，通过挤拉除去树脂和空气，然后在炉子里固化成型。这种方法简单，适用于制备棒状、管状零件。

二、碳纤维复合材料成型工艺

1.手糊成型：

在模具工作面上涂敷脱模剂、胶衣，将剪裁好的碳纤维预浸布铺设到模具工作面上，刷涂或喷涂树脂体系胶液，达到需要的厚度后，成型固化、脱模。在制备技术高度发达的今天，手糊工艺仍以工艺简便、投资低廉、适用面广等优势在石油化工容器、贮槽、汽车壳体等许多领域广泛应用。其缺点是质地疏松、密度低，制品强度不高，而且主要依赖于人工，质量不稳定，生产效率很低。

2.喷射成型：

属于手糊工艺低压成型中的一类，使用短切纤维和树脂经过喷枪混合后，压缩空气喷洒在模具上，达到预定厚度后，再手工用橡胶锟按压，然后固化成型。为改进手糊成型而创造的一种半机械化成型工艺，在工作效率方面有一定程度的提高，用以制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层。

3.层压成型：

将逐层铺叠的预浸料放置于上下平板模之间加压加温固化，这种工艺可以直接继承木胶合板的生产方法和设备，并根据树脂的流变性能，进行改进与完善。层压成型工艺主要用来生产各种规格、不同用途的复合材料板材。具有机械化和自动化程度高、产品质量稳定等特点，但是设备一次性投资大。

4.缠绕成型：

将经过树脂胶液浸渍的连续纤维或布带按一定规律缠绕到芯模上，然后固化、脱模成为复合材料制品的工艺。碳纤维缠绕成型可充分发挥其高比强度、高比模量以及低密度的特点，可用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形碳纤维制品。

5.拉挤成型：

将浸渍树脂胶液的连续碳纤维丝束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的型材。拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是生产过程可完全实现自动化控制，生产效率高。拉挤成型制品中纤维质量分数可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高，其制成品纵、横向强度可任意调整，可以满足制品的不同力学性能要求。该工艺适合于生产各种截面形状的型材，如工字型、角型、槽型、异型截面管材以及上述截面构成的组合截面型材。

6.液态成型：

将液态单体合成为高分子聚合物，再从聚合物固化反应为复合材料的过程改为直接在模具中同时一次完成，既减少了工艺过程中的能量消耗，又缩短了模塑周期(只需约2分钟便可完成一件制品)。但这种工艺的应用，必须以精确的管道输送和计量以及温度压力自动控制为基础，属于高分子材料和近代高新科学技术的交叉范畴，目前的应用还不是很广。

7.真空热压罐：

将单层预浸料按预定方向铺叠成的复合材料坯料放在热压罐内，在一定温度和压力下完成固化过程。热压罐是一种能承受和调控一定温度、压力范围的专用压力容器。坯料被铺放在附有脱模剂的模具表面，然后依次用多孔防粘布(膜)、吸胶毡、透气毡覆盖，并密封于真空袋内，再放入热压罐中。加温固化前先将袋抽真空，除去空气和挥发物，然后按不同树脂的固化制度升温、加压、固化。固化制度的制定与执行是保证热压罐成型制件质量的关键。该种成型工艺适用于制造飞机舱门、整流罩、机载雷达罩，支架、机翼、尾翼等产品。

8.真空导入：

简称VIP，在模具上铺“干”碳纤维复合材料，然后铺真空袋，并抽出体系中的真空，在模具腔中形成一个负压，利用真空产生的压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中，让树脂浸润增强材料，最后充满整个模具，制品固化后，揭去真空袋材料，从模具上得到所需的制品。该工艺在1950年就出现了专利记录，但在近几年才得到发展。在真空环境下树脂浸润碳纤，制品中产生的气泡极少，制品的强度更高、质量更轻，产品质量比较稳定，而且降低了树脂的损耗，仅用一面模具就可以得到两面光滑平整的制品，能较好地控制产品厚度。一般应用于船艇工业中的方向舵、雷达屏蔽罩，风电能源中的叶片、机舱罩，汽车工业中的各类车顶、挡风板、车厢等。

总结：随着碳纤维复合材料应用的深入和发展，碳纤维复合材料的成型方式也在不断地以新的形式出现，但是碳纤维复合材料的诸种成型工艺并非按照更新淘汰的方式存在的，在实际应用中，往往是多种工艺并存，实现不同条件、不同情况下的最好效应。同时碳纤维重量比铝轻，强度却高于钢，又有耐腐蚀、耐高温、模量高等优点，被称为“新兴材料之王”。碳纤维的产品在很多领域都有应用。希望以上的这些知识能够帮到大家，祝大家生活愉快。