碳纤维复合材料结构设计要点

强度与刚度

既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵

抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。

如何4定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的

这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。

通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材

料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。

所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。

由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各

相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。

由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的

厚度、铺设方向、铺层序列) 。

最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结

构几何。

稳定性

除了强度与刚度要求，设计者还需考虑复合材料部件的失稳，尤其是对一些细长杆结构，在

受压时，应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件，如果铺层不均匀，

也会产生翘曲失稳，所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层，以防变形不均匀。

一般情况下，在部件没有达到极限载荷之下，不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊

要求，可以产生失稳现象，那么设计过程中，要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。

铺层结构

铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键，如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结

构部件上，铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点：

1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说，0°、±45°、90°的纤维都要有，否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。

2. 为了防止层合板边缘开裂，尽量避免重复单一方向的铺层，设计时最多不超过5层。

3. 为了防止最外层铺层的剥离，在部件的主载荷方向，应铺放±45°纤维，而不能铺放0°和90°纤维。另外，避免最外层铺层间断或不完整。

4. 若使用非对称铺层，每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲，因此，一般要采用对称

铺层。

5. 当增加补强铺层时，每层阶梯最少要3.8-

6.4mm，附加铺层也应尽量采用对称铺层。

连接

碳纤维复合材料部件开发过程中，不太可能都采用整体成型技术，需要进行部件与部件之间

的连接的，则需要对连接形式进行设计。

一般来讲，碳纤维复合材料部件的连接有三种形式：机械连接、胶结连接、混合连接。机械

连接适用于连接件厚度大、可靠性要求较高、传递较大集中载荷的情况。胶结主要是利用粘

结剂将零件连接成不可拆分的整体。

混合连接是胶结和机械连接的组合，它可以提高抗剥离、抗冲击、抗疲劳、抗蠕变等性能。

疲劳与冲击损伤

复合材料的疲劳与金属材料相比，必须考虑温度、湿度、冲击损伤等因素。大多数情况下，

冲击损伤在结构设计中覆盖了疲劳问题。

疲劳

一般情况下，复合材料的拉伸疲劳优于金属。在正交层合板时疲劳或交变载荷作用下的开裂

相对稳定，比金属开裂扩展的慢。对复合材料必须注意受冲击后的压缩、剪切以及层间剪切

在交变载荷作用下，引起的疲劳破坏。疲劳引起的早期破坏要因如下：

1. 缺口，尖角

2. 截面突变

3. 突起

4. 极端的偏心载荷

5. 螺栓连接接头

6. 快速摆动

冲击损伤

对于碳纤维复合材料结构，一般应将CAI强度（冲击后压缩强度）作为设计参数之一。飞机

上确定损伤容限就是这么考虑的。损伤容限就是部件中允许的损伤范围，如果超出这个限度，

损伤将会显著影响部件的性能。碳纤维复合材料的冲击损伤容限必须在可检测到的范围内，作为设计参数之一加以考虑。

即使存在肉眼不可见的损伤，也要确保结构不发生CAI强度的下降。改善冲击损伤的损伤容限，可以在碳纤维材料中加入芳纶纤维或者玻璃纤维

《碳纤维复合材料》阅读练习及答案

阅读文章，回答问题。碳纤维复合材料 ①2018年11月6日，两年一度的珠海航展上，中俄合作研制的280座远程宽体客机CR929，以1：1的展示样机首次亮相国际航展。在这款最新一代的大型飞机上，复合材料的使用比例有望．．超过50%。同样，在去年5月5日首飞的C919大客机上，使用的复合材料占到飞机结构重量的12%。这里的复合材料，主要就是碳纤维复合材料。 ②碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。它不存在腐蚀生锈的问题。由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，质量小，动力消耗少，可节约大量燃料。 ③碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具实现“轻量化”的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的结构重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大。它的重量仅相当于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。 ④随着航空航天、汽车轻量化、风电、轨道交通等行业领域对碳

纤维的需求爆发，碳纤维工业应用开始进入规模化生产。业内预测，预计到2020年，全球碳纤维需求量将超过16万吨，到2025年，将超过33万吨。面对如此巨大而重要的市场，国内企业既要通过掌握关键技术来实现碳纤维的稳定批量生产和大规模工程化应用，同时也要瞄准国产新一代碳纤维及其复合材料及早研发和布局，2016年2月15日，中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。2018年2月，中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线，这标志着我国已经牢牢站稳全球高端碳纤维市场的一席之地。 101．阅读选文第①段和第③段，回答问题。（1）选文第①段加点词“有望”能删去？请说出理由。（2）选文第③段画线句运用了哪些说明方法？有何作用？ 102．随着科学技术的发展，请你设想一下生活中将会有哪些碳纤维复合材料的产品。【答案】 101．（1）不能删去，“有望”是有希望的意思，说明“在这款最新一代的大型飞机上，复合材料的使用比例”未来有希望超过“50%”，该词体现了说明文语言的准确性和科学性。（2）列数字、作比较，具体准确地说明了碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大。 102．碳纤维复合材料制成的羽毛球拍、登山器械等体育休闲用品；汽车、地铁等交通工具；以及碳纤维复合材料制成的衣服、家具等日

(完整版)12级复合材料结构设计参考资料

复合材料结构设计参考资料复合材料与工程考试形式笔试闭卷考试时间和地点时间：2015年6月25日14:00--15:40 地点：材料学院A107 题型与分数分布一．名词解释二．填空题三．简答题四．计算题

一、绪论 1.复合材料：由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料）主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理、化学功能。 2.复合材料分类： A按基体材料分：树脂基的复合材料、金属基复合材料、无机非金属复合材料 B按分散相形态分：连续纤维增强、纤维织物增强、片状材料增强、短纤维增强、颗粒增强C按增强体材料种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维。 D按用途分类：结构复合材料：利用复合材料的各种良好力学性能用于制造结构的材料。功能复合材料：指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料 3.复合材料的结构层次：三次结构：纤维缠绕压力容器，即平常所说的制品结构（a）二次结构：从容器壁上切取的壳元即是由若干具有不同纤维方向的单层材料按一定顺序叠合而成的层合板（b）一次结构：层合板的一个个铺层，是层合板的基本单元（c）二、单层板的宏观力学分析 1.单层板的正轴刚度正向:也就是说应力方向与坐标方向一致方向为正向，相反为负向。正面：截面外法线方向与坐标轴方向一致的面，否则为负面。 σ1和σ2——表示正应力分量:拉伸为正，压缩为负，也就是使整个单层板产生拉伸时的应力为正应力，而使单层板产生压缩时的应力为负应力。 τ12——表示剪应力分量:其中正面正向为正；负面负向也为正。 A．力学实验 a.纵向单轴试验：纵向泊松比v1是单层板由于纵向单轴应力σ1而引起的横向线应变ε2(1)与纵向线应变ε1(1)的比值。（ε2(1)表示的是这个应变是由纵向应力σ1引起的） b.横向单轴试验

碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。 1、国外碳纤维产业现状及发展趋势 1）产业方面根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒

性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。 PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了三家日本公司的市场份额。大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外，中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中，其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地，目前已形成11000～12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力，并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨，2020年扩大至50000吨。另外，Hexcel

碳纤维材料的性能

碳纤维材料的性能及应用摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。关键词：碳纤维性能应用 0引言碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、

碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡

第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

碳纤维复合材料结构设计要点

强度与刚度既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。如何4定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的厚度、铺设方向、铺层序列) 。最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。稳定性除了强度与刚度要求，设计者还需考虑复合材料部件的失稳，尤其是对一些细长杆结构，在受压时，应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件，如果铺层不均匀，也会产生翘曲失稳，所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层，以防变形不均匀。一般情况下，在部件没有达到极限载荷之下，不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊要求，可以产生失稳现象，那么设计过程中，要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。铺层结构铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键，如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结构部件上，铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点： 1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说，0°、±45°、90°的纤维都要有，否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。 2. 为了防止层合板边缘开裂，尽量避免重复单一方向的铺层，设计时最多不超过5层。 3. 为了防止最外层铺层的剥离，在部件的主载荷方向，应铺放±45°纤维，而不能铺放0°和90°纤维。另外，避免最外层铺层间断或不完整。 4. 若使用非对称铺层，每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲，因此，一般要采用对称铺层。 5. 当增加补强铺层时，每层阶梯最少要3.8- 6.4mm，附加铺层也应尽量采用对称铺层。

2016-2020中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析报告

深圳中企智业投资咨询有限公司

2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 (最新版报告请登陆我司官方网站联系) 公司网址: https://www.360docs.net/doc/3616375618.html, 1

目录 2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 (3) 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 (3) 一、未来碳纤维复合材料发展分析 (3) 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 (3) 2、自动化生产 (3) 3、大规模生产 (3) 4、碳纤维复合材料废旧部件的再生回用技术 (4) 三、总体行业“十三五”整体规划及预测 (4) 第二节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业市场前景分析 (4) 一、产品差异化是企业发展的方向 (4) 二、渠道重心下沉 (5) 2

2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析一、未来碳纤维复合材料发展分析碳纤维复合材料作为新兴的非金属材料具有广阔的应用前景。首先其广泛的应用于航空、航天等军事领域，并随着在军事领域应用的不断深入，相关的制造及使用技术日臻成熟，从而带动了碳纤维复合材料在民用领域应用的极大发展，主要应用在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等方面，并正在快速的取代传统金属材料成为结构用材的首选。二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 1、3D打印成型技术 3D打印技术技术是有望成为高效低成本制备各种碳纤维复合材料结构部件的创新工艺，为此近年来企业界、大学、科研院所、政府机构等，都在安排研发和改进3D打印技术，并取得了产业化成果。以往制备塑料和金属的3D打印机部件，能耗较高，尺寸有限，而应用于碳纤维复合材料时，不仅部件强度与刚性可提高，还可提高导热性和降低热膨胀系数，因此无需使用炉子，可消除所有尺寸限制。 2、自动化生产汽车生产厂家现都采用机器人组装相对小和固定形状的部件，但这些机器人并不能加工大型碳纤维复合材料部件，因为这些部件缺乏形状固定性，因而多采用手铺制造和热压罐固化。如何加工大型碳纤维复合材料是未来重要的技术开发方向之一。 3、大规模生产 5年前日本公司在市场上导入了“Sereebo”长碳纤维增强热塑性树脂（CFRTP），并与GM汽车公司等合作开发其潜在市场。其中碳纤维的分布和取向是可控的，基材的各向同性可保持到最终部件，成型时间只有60s，它比铝合金轻20%～30%，并具有更好的耐疲劳性和抗冲击性而价格略高些，适用于汽车结 3

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

复合材料力学

复合材料力学论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良学号： 201314060215

用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029）摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。关键词：聚合物复合基材料（PMCs ）功能复合材料电气特性热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed

复合材料结构与力学设计复结习题(本科生)

《复合材料结构设计》习题 §1 绪论 1.1 什么是复合材料？ 1.2 复合材料如何分类？ 1.3 复合材料中主要的增强材料有哪些？ 1.4 复合材料中主要的基体材料有哪些？ 1.5 纤维复合材料力学性能的特点哪些？ 1.6 复合材料结构设计有何特点？ 1.7 根据复合材料力学性能的特点在复合材料结构设计时应特别注意到哪些问题? §2 纤维、树脂的基本力学性能 2.1 玻璃纤维的主要种类及其它们的主要成分的特点是什么？ 2.2 玻璃纤维的主要制品有哪些？玻璃纤维纱和织物规格的表示单位是什么？2.3 有一玻璃纤维纱的规格为2400tex，求该纱的横截面积（取玻璃纤维的密度为2.54g/cm3）？ 2.4 有一玻璃纤维短切毡其规格为450 g/m2，求该毡的厚度（取玻璃纤维的密度为2.54g/cm3）？ 2.5 无碱玻璃纤维（E-glass）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？ 2.6 碳纤维T-300的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？密度为多少？ 2.7 芳纶纤维（kevlar纤维）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？密度为多少？ 2.8 常用热固性树脂有哪几种？它们的拉伸弹性模量、拉伸强度的大致值是多少？密度为多少？热变形温度值大致值多少？ 2.9 简述单向纤维复合材料抗拉弹性模量、抗拉强度的估算方法。 2.10 试比较玻璃纤维、碳纤维单向复合材料顺纤维方向拉压弹性模量和强度值，指出其特点。 2.11 简述温度、湿度、大气、腐蚀质对复合材料性能的影响。 2.12 如何确定复合材料的线膨胀系数？ 2.13已知玻璃纤维密度为ρf=2.54g/cm3，树脂密度为ρR=1.20g/cm3，采用规格为450 g/m2的玻璃纤维短切毡制作内衬时，其树脂含量为70％，这样制作一层其GFRP的厚度为多少? 2.14 采用2400Tex的玻璃纤维（ρf=2.54g/cm3）制造管道，其树脂含量为35％（ρR=1.20g/cm3），缠绕密度为3股/10 mm，试求缠绕层单层厚度? 2.15 试估算上题中单层板顺纤维方向和垂直纤维方向的抗拉弹性模量和抗拉强度。 2.16已知碳纤维密度为ρf=1.80g/cm3，树脂密度为ρR=1.25g/cm3，采用规格为300 g/m2的碳纤维布制作复合材料时，其树脂含量为32％，这样制作一层其CFRP的厚度为多少?其纤维体积含量为多少？ 2.17 某拉挤构件的腹板，厚度为5mm，采用±45°的玻璃纤维多轴向织物（面密

碳纤维复合材料在新能源汽车行业中的应用

近几年来，随着低碳环保意识、高新技术的不断发展，尤其是当前汽车轻量化的发展环境中，碳纤维复合材料（CFRP）凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性，成为了当下汽车产业的原材料首选，在汽车上的应用日渐普及。本文将对碳纤维复合材料（CFRP）所具有的特性、及其在汽车行业的运用情况进行了深入探讨，力求为碳纤维复合材料（CFRP）的未来运用提供一定的参考。 0 引言随着社会经济的快速发展，低碳节能、高效低成本已经成为各个行业市场竞争的必然选择，低碳环保、节能减排也是当前政府非常重视与强调的，尤其是工业生产与汽车产业。在政府、社会相关宣传与个人环保意识不断提升的推动下，汽车等相关领域不断创新与发展，为新型低成本三维复合材料带来发展契机。碳纤维复合材料不仅具有良好的性能，诸如：超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等，在提升性能方面具有不可替代作用，还能降低车身的总体成本，非常有利于汽车赢得消费者的青睐并抢占更多的市场份额。碳纤维复合材料在汽车车身中的运用已经成为世界各国争相发展的一门关键技术，尤其是具有成熟汽车产业市场的欧美国家与日本，这些国家各大车厂在进行汽车生产的过程中都大量选用了碳纤维材料，实现优化车体结构、降低汽车车身生产成本以及提高汽车性能的目标。本文将深入探讨碳纤维复合材料的特性及其在汽车行业运用现状，结合碳纤维复合材料在汽车行业中的运用实例，分析碳纤维复合材料所具有的优势，展望碳纤维复合材料在汽车行业中的运用前景。 1 碳纤维复合材料《CFRP）介绍 1.1碳纤维复合材料概念碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。 1.2碳纤维复合材料的特征（1）超强抗拉弹性碳纤维复合材料具有超强抗拉弹性，通常情况下高于3 500 MPa、这种强度是钢铁的7倍。另外，不但抗拉弹性远远高于钢，其比模量也远远高于钢。（2）耐高温、耐腐蚀相较于其他的材料而言，CFRP具有轻量化、刚强、柔韧性外，还具有耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等超强性能。除此之外，独特的碳结构让其拥有大面积的整体成型特征，同时，它还拥有良好的稳定性与设计可塑造性，正是这些独有的特征让其可以在车轻量化实现线性增长。（3）能量吸收性能优越优越的能量吸收性能是CFRP材料在汽车中被广泛运用的主要原因。CFRP材料是同类的钢质零部件质量的一半不到，是同类铝制零部件质量的70％左右，质量轻，还能抵抗更大的冲击，足见CFRP材料的优越性。 1.3碳纤维复合材料发展历史与发展现状从20世纪70年代开始，CFRP材料开始受到世界各国相关研究人员的关注。在国内的发

复合材料结构

复合材料结构设计的特点 (1) 复合材料既是一种材料又是一种结构 (2) 复合材料具有可设计性 (3) 复合材料结构设计包含材料设计复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好（设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计）具体体现在两个方面1力学设计——给制品一定的强度和刚度、2功能设计——给制品除力学性能外的其他性能复合材料力学性能的特点 (1) 各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹 )和ν(泊松比)或剪切弹性模量G。对于复合材料中的每个单层，纵向弹性模量E L、横向弹性模量E T、纵向泊松比νL (或横向泊松比νT)、面内剪切弹性模量G LT。耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合 (2) 非均质性耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起其他基本变形。 (3)层间强度低在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。研究复合材料的刚度和强度时，基本假设： (1) 假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 (2）假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 (3) 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。 (4) 假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作用下产生的变形与外力成正比关系，且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原来形状。 (5) 假设层合板的变形是很小的。上述五个基本假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有区别。平面应力状态与平面应变状态平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0，τzx＝0，τzy ＝0）平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0），τzx＝0(γ31＝0)，τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。复合材料连接方式复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。

碳纤维及其复合材料的发展和应用(精)

·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。碳纤维增强尼龙的特色碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增

国内外碳纤维企业大汇总

国内外碳纤维企业大汇总分享到：0分享到微信朋友圈打开微信。点击“发现”，使用“扫一扫”即可将网页分享至朋友圈。发布日期：2016-08-09 17:59 来源：碳纤维资讯世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国等少数发达国家和我国的台湾省。碳纤维原丝原料主要有三种：粘胶丝、聚丙烯腈、沥青。其中，以聚丙烯腈为原料的碳纤维占市场份额75%，技术主要集中在日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝，美国的ZOLTEK、阿克苏、ALDILI 等手中。国际上，碳纤维最大生产商东丽、东邦人造丝、三菱人造丝的产量合计占全球产量的一半。今天为大家盘点一下国内外的碳纤维企业。 1. 日本东丽工业株式会社日本东丽株式会社设立在日本东京中央区日本桥，创立于1926年1月，是一家以合成纤维，合成树脂起家，现设计涵盖各种化学制品，信息相关素材的大型化学企业。公司主要生产尼龙、聚氨酯、长丝纱丙烯酸纤维、短纤维、聚酯纤维、丙烯酸纤维、人造纤维与塑料产品原材料、碳纤维、碳纤维合成材料以及注塑产品等。 2. 日本东邦人造丝公司东邦人造丝公司成立于1950年7月，本部位于东京都中央区日本桥3-3-9西川大厦，主产丙烯酸、人造丝，PAN系碳纤维等。 3. 日本三菱丽阳株式会社三菱丽阳株式会社是日本最大的腈纶纤维生产商，该公司主要生产化学品，塑料和纤维。除了主要acryrilic纤维外，三菱人造丝也是一种高尔夫球杆顶部材料。 4. 美国卓尔泰克公司美国卓尔泰克公司（Zoltek）是世界领先的碳纤维生产厂家，年产13000吨碳纤维，及4000吨予氧丝。碳纤维广泛应用于风力发电，基础设施等。公司还生产碳纤维予浸料，多轴布，符合各种工程塑料用的短切碳纤维，预氧丝。 5. 台湾塑料工业股份有限公司公司成立于１９５４年，在纤维制品方面，包括亚克力棉、碳素纤维，其中亚克力棉年产能

国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向

--] 诺贝尔学术资源网->材料资源->《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向[打印本页] 登录->注册->回复主题->发表主题 romanceliu 2008-01-15 17:37 查看完整版本: [-- 《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向一．国外情况１９９６年世界碳纤维生产能力１５０００ｔ，实际产量约１００００ｔ左右，其中日本约占６０％。日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发，东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在世界市场上的主导地位，并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。随着航空航天飞行器各项性能的不断提高，对结构件用材料的性能要求也越来越高。今后日本先进复合材料的发展方向是：在增强材料方面，进一步提高碳纤维的强度和模量，降低成本；在树脂基体方面，主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性；在复合材料成型技术方面，进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术，从而同时提高复合材料性能降低制造成本。美国是碳纤维生产大国，更是消费大国，世界碳纤维４０％以上的市场在美国。美国１９９６年碳纤维生产能力约为４５００ｔ，其中卓尔泰克（ＺＯＬＴEＫ）公司１９９７年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了５条碳纤维生产线，１９９７年的总生产能力达３０００ｔ左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。它的产品有许多特色，最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。该公司生产的碳纤维价格已降至１７.６４＄/ｋｇ，而日本东丽同类产品大约３０＄／ｋｇ。在应用方面，美国摩里逊（Ｍｏｒｉｓｏｎ）公司为达纳（Ｄｃｎａ）公司生产汽车传动轴，供通用汽车公司用；采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件，与钢材料相比，可减重６０％。美国斯道顿复合材料公司（Ｓｔｏｕｇｈｔｏｎ）开发碳纤维复合材料集装箱，重量轻、耐磨，在碳纤维价格降至１７.６＄/ｋｇ时，此集装箱的价格可与金属集装箱竞争。

复合材料力学沈观林编着清华大学出版社

《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒复合材料、纤维增强复合材料（fiber-reinforced composite）、层禾口复合材料。（1）颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶 '瓷O （2）层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。（3）纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1）玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温）硼纤维（早期用于飞行器，价高）碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模