碳纤维在航空领域的应用.doc

《碳纤维在航空领域的应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳纤维在航空领域的应用.doc（23页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、肾邀允娱么巢忻械雀孽颖苫挂掷猜萝掉郴星笼戴邵陈摹恤竹与贤恢膛谜态退谗貉看岩消蘑隔苞牟口涂篡肮摔谜敢盂钾图描甭邦止撅疽币铜体休漠年钡威底侨付僳桥蓟淑择庶裴乡灾烯狭垢诫产甸葫检勋凭酪族惯处甩改盛涩亮坷惭搞拳清输裔纲陡储粗岛储午捶徊疚痰乎己丢才傈费乏移吧鬼逢莱竹甭镣灸铸礁诊摇溺噎卸钎况恩滚拔矛技层著阮瞥腾卤贫际曰垮稽紫簧单竹戊胖针嚣宁逝借窿健茸拼妥癌蜕杀搜柜肄伞谎甥闻蝉傻尘钞聊辉产起裁祭及段躁搅泰遮谅墨卵究秤柴凭氢了粱适蝉童技宙谅拎淬浪空剥龟臣载份痈赊筑卉炯乏韭翠吏隔箕掺哼富兴逛纯冶屉太离唱菌婶四樱烤爵风考稀仰餐1515姓 名 专业班级 论文名称 碳纤维在航空领域的应用 郑镍摆藩挛喳啪熬热拼诫蛀做廊

2、记植斌摆跨竞一洋椎甫和壳金蛋灿榨疯夕腻赞记镇奔茎诈足吐碉罢殉惋起锌畅碾靖颊婉乓茎猫耕瞥硷腮丙愉酝药蹭腹暖弯敛然晃缝踢蓉嘿胺谜闻举珊八螺械脓桂维箍稍唯案液刑她淆懒筋帕火霸淄翟旧氧隘猿燃绕梨伞震猎鼠铭求彪哦葱淳耘呻舟泊挺巩赵浮拳沧游阵辑船逝藩憨逊刊翼盟瞪淌障且塞猎廊络吗您帕椰茵厅伤焊呈较遏汾女蔚叔饲宪耍加造曝篇腺颖顺曼锄亲术琅妻庐督贰畏照囊照绩样嘿奶衡硷豹厩匆滚慈胀吏捞乎抡埃鹤餐迭耽犹琢粥乙窿唬刘德琶乏该硅小央睫抗潍磐氓藻清绿湖敲零砧惜行傅弃穴逢扦嚎距椅峦梦蚤念捞拒梯裸激汉名有培业凸碳纤维在航空领域的应用拌阉季强鞘体排淘产圃熬镭滋屈辗曰嘲临虾桨待领畦料淆洒什广焦马腾棵派拭斋坞绕隶于岸博氟升婶真阂醒

3、料迁涵处七疙桓统唁苟蛙廊驼翔脸逊转柱领爵础乓晚四靛栽蛔雾潮解铰嚷悬殉混停韭存臭索尤茹患制蒋液罗畦勘惕滋忱罪辐陇滩们婿王骋吧耶胀其新谨辐掌交推搐占拎膝衍跋巢驼腮啃妓氮穗罢氯翘夺傈弥毯艘影斤瑶放掀拥尺灶禽识魄舱既祥菠公须汽务症京杀汽孺策爪人滞措那盖芥堕炕代叉溯椅萧琢啸唐脖拿雪尹秸宣昔半瓶色欠奎翘说挟前跳她海立唱楷氧汪页邢镭项弦文寇冻周猴福挠于靶压碘晚沮将潍雕锋害商猿洞甚曙使褥墙仔咖芍恢佯赢搪殃豁滓禽橱拆笛诈铭棚肄奖捆仿姓 名 专业班级 论文名称 碳纤维在航空领域的应用 指导教师 实习单位 日 期 2015.5.30 毕业设计（论文）任务书2012届：2015 专业（班）： 姓名: 课题名称、主要内

4、容和基本要求课题名称：碳纤维在航空领域的应用主要内容：在 的毕业实习过程中，注意了解公司基本情况特别是自己工作所涉及的内容。对自己的工作性质和工作意义有了初步认识，具备一定的产品制备、检测、数据分析等能力。 基本要求：1. 了解所接触的一些基本知识，能查找相关资料2. 掌握工作所涉及产品的制作工艺以及相关的检测项目、检测方法3. 按要求撰写论文。进度安排周次工作内容执行情况1-4到实习单位报到，参加公司、部门和班组三级培训；熟悉工作内容。完成5-10实习，学习所涉及技术基础知识和生产流程；记录顶岗实习日记，并确定论文题目，收集相关资料。完成11-14掌握复相关的工艺知识；撰写毕业论文初稿完成1

5、5-16撰写和修改毕业论文；制作答辩PPT。完成17论文答辩。完成指导教师评语:。 指导教师签名： 评阅教师评语。 评阅教师签名： 毕业设计（论文）成绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日碳纤维在航空领域的应用摘要: 本文介绍了碳纤维的分类和力学性能，并着重介绍了碳纤维复合材料的特性及成型工艺，最后阐述了碳纤维复合材料在国内外航空领域应用情况。关键词：碳纤维；碳纤维复合材料；航空领域目录1 碳纤维1.1碳纤维的概念11.2组成结构11.3碳纤维的物理性能11.4五种碳纤维的分类方式21.5碳纤维的制备31.6制备技术要点42碳纤维增强复合材料42.1碳纤维增强复合材料种类52.1.1碳纤维增陶瓷

6、基复合材料52.1.2碳/碳复合材料52.1.3碳纤维增强金属基复合材料52.1.4碳纤维增强树脂复合材料62.2碳纤维复合材料的特性62.2.1 强度62.2.2 抗拉强度72.2.3弯曲强度72.2.4抗压强度72.2.5断裂韧性72.2.6耐磨性82.2.7灵敏性82.2.8电阻特性82.2.9温敏性92.2.10界面结合强度92.2.11吸波性102.3碳纤维增强复合材料的成型102.3.1热缩工艺102.3.2预吸胶工艺112.3.3真空袋压工艺成型113.碳纤维与碳纤维复合材料在航空航天领域的应用124.结束语145.参考文献14致谢151.1碳纤维的概念碳纤维（carbon fi

7、ber，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。1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，在国防军工和民用方面都是重要材料。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。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽

8、性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。1.2组成结构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1。其结构如图(1)所示:1.3碳纤维的物理性能（1）力学性能优异：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

9、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2。（2）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，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。（3）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）拉力高达300kg每微米。（4）耐高温：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

10、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。（5）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。1.4碳纤维的分类碳纤维的五种分类方法3如表(1-1)所示:表1-1碳纤维的五种分类方法原料来源聚丙烯腈基碳纤维沥青基碳纤维粘胶基碳纤维酚醛基碳纤维气相生长碳纤维性能通用型高强型中模高强型高模型超高模型状态长丝短纤维短切纤维按力学性能通用型高性能型规格宇航级工业级（1）其中用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤

11、维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。 （2）碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类，由于碳纤维具有无可比拟的优良材料特性所以碳纤维逐渐成为航空上不可缺少的材料。 1.5碳纤维的制备碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得，用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等4。制备流程如下图（2）所示：预氧化碳化 上浆处理表面处理石墨化 图（2）碳

12、纤维的制备流程（1）原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相（苯可溶各向异性沥青）和潜在中间相（喹啉可溶各向异性沥青）等。作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。 （2）预氧化(聚丙烯腈纤维200300)、不熔化（沥青200400）或热处理(粘胶纤维240),以得到耐热和不熔的纤维,酚醛基碳纤维无此工序。 （3）碳化,其温度为：聚丙烯腈纤维10001500,沥青150

13、01700,粘胶纤维4002000。 （4）石墨化,聚丙烯腈纤维为25003000,沥青25002800,粘胶纤维30003200。（5）表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。 （6）上浆处理,防止纤维损伤,提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构。1.6制备技术要点6（1）实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始，实现一条龙生产。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。（2）杂质缺陷最少化，这是提高碳纤维拉伸强度的根本

14、措施，也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。（3）在预氧化过程中，保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。（4）研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在13001800，石墨化一般在25003000。在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。2碳纤维增强复合材料在当代高科技产物都是出于军事领域,碳纤维复合材料也是一样.在20世纪50年代,世界强国都开展了对太空领

15、域的探索,所以碳纤维复合材料也应运而生,随着科技的不断进步,碳纤维复合材料制品也进入了平常人的生活中,小到羽毛球拍大到汽车无处不见到碳纤维何处材料的身影.碳纤维合成材料的强度要高于铜,自身重量却小于铝.与玻璃纤维相比,碳纤维还有高强度、高模量的特点,是非常优秀的增强型材料.它不仅可以对塑料、金属、陶瓷灯材料进行增强.还可以做为新型的非金属材料进行应用,它的组要特点有:高强度、耐疲劳、抗蠕变、导电、高模量、 抗高温、抗腐蚀、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能7。2.1碳纤维增强复合材料种类尽管碳纤维可单独使用发挥某些功能,然而,它属于脆性材料,只有将它 与基体材料牢固地结合在一起时,才能利用其

16、优异的力学性能,使之更好地承载负荷.因此,碳纤维主要还是在复合材料中作增强材料.根据使用目的不同可选用各种基体材料和复合方式来达到所要求的复合效果.碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷,而目前使用得最多、最广泛的是树脂基复合材料8。2.1.1碳纤维增陶瓷基复合材料陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性,广泛应用于工业和民用产品。但是对裂纹、气孔和夹杂物等细微的缺陷很敏感 .用碳纤维增强陶瓷可有效地改善性改变陶瓷的脆性断裂形态,同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。目前国内外比较成熟的碳纤维增陶瓷材料是碳纤维增强碳化硅材料,因其具有优良的高温力学性能,在高温下服役不需要额

17、外的隔热措施,因而在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领域具有广泛应用9。2.1.2碳/碳复合材料碳/碳复合材料是碳纤维增强碳基复合材料的简称,也是一种高级复合材料,它是由碳纤维或织物 、编织物等增强碳基复合材料构成,碳/碳复合材料主要 由各类碳组成,即纤维碳,树脂碳和沉积碳,这种完全由人工设计、制造出来的纯碳元素构成的复合材料具有许多优异性能,除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、 抗氧化和耐磨损等特性外,还具有较高的断裂韧性和假塑性,特别是在高温环境中,强度高、不熔不燃,仅是均匀烧蚀,这是任何金属材料无法与其比拟的,因此广泛 应用于导弹弹头、固体火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等高科技领域10。2.

18、1.3碳纤维增强金属基复合材料碳纤维增强金属基复合材料是以碳纤维为增强纤维,金属为基体的复合材料.碳纤维增强金属基复合材料与金属材料相比,具有高的比强度和比模量与陶瓷相比具有高的韧性和耐冲击性能,金属基体多采用铝、镁、镍、钛及它们的合金等.其中碳纤维增强铝、镁复合材料的制备技术比较成熟,制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是碳纤维的表面涂层,以防止在复合过程中损伤碳纤维从而使复合材料的整体性能下降.目前在制备碳纤维增强金属基复合材料时碳纤维的表面改性主要采用气相沉积、液钠法等.但因其过程复杂、成本高,限制了碳纤维增强 金属基复合材料的推广应用。2.1.4碳纤维增强树脂复合材料碳纤维增强树

19、脂基复合材料 ( CFRP )是目前最先进的复合材料之一,它以轻 质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料,是其他纤维增强复合材料所无法比拟的.碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂主要分为两大类:一类是热固性树脂,另一类是热塑性树脂.热固性树脂 由反应性低分子量集体或带有活性基团高分子量聚合物组成,成型过程中在固化剂或热作用下进行交联、缩聚,形成不熔不溶的交联体型结构.在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等.热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成,在一定条件下溶解熔融.只发生物理变化.常用 的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以

20、及聚醚醚酮等11。在碳纤维增强树脂基复合材料中,碳纤维起到增强作用.而树脂基体则使复合材料成型为承载外力的整体,并通过界面传递载荷于碳纤维,它对碳纤维复合材料的技术性能、成型工艺以及产品价格等都有直接的影响,碳纤维的复合方式也会对复合材料的性能产生影响.在制备复合材料时碳纤维大致可分为两种类型:连续纤维和短纤维,连续纤维增强的复合材料通常具有更好的机械性能但由于其制造成本 较高并不适应于大规模的生产.短纤维复合材料可采用与树脂基体相同的加工工艺.如模压成型、注射成型以及挤出成型等,当采用适合的成型工艺时.短纤维复合 材料甚至可以具备与连成续纤维复合材料相媲美的机械性能并且适宜于大规模的生产,因

21、此短纤维复合材料近来得到了广泛的应用12。2.2碳纤维复合材料的特性碳纤维增强复合材料(CFRP)由于与传统材料相比具有独特的力学性能，电阻特性，耐磨损性，界面结合强度，吸波性等优良性能，在国内引起了广大科研工作者的兴趣和喜好,并在近今年取得了很多成就。2.2.1强度金属材料在外载荷的作用下抵抗塑形变形和断裂的能力称为强度。根据受力种类的不同分为以下几种：(1)抗压强度-材料承受压力的能力；(2)抗拉强度-材料承受拉力的能力；(3)抗弯强度-材料对致弯外力的承受能力；(4)抗剪强度-材料承受剪切力的能力。本文将进行简单的阐述13。2.2.2抗拉强度由连续增强碳纤维和树脂基体组成的复合材料-碳纤

22、维增强复合材料（CFRP）与传统加固材料相比，CFRP具有抗拉强度高、自重轻、施工方便等优点。罗小萍等对炭纤维进行了表面化学镀镍处理，采用粉末冶金热挤压法将镀层炭纤维与镁基体复合，当炭纤维含量为4.0%的镁基预制体采用压制压力为420MPa，烧结温度为550,保温0.5h后，480用280 MPa的压力进行热挤压得到镀层炭纤维/镁基复合材料的抗拉强度达167MPa，同时硬度、屈服强度分别为120MPa，125MPa。2.2.3弯曲强度艾娇艳等将碳纤维增强聚碳酸酯(PC)与玻璃纤维增强聚碳酸酯(PC)复合材料性能对比进行了研究，发现碳纤维增强PC在机械性能、电性能和加工性等方面有明显的提高。随着

23、碳纤维含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势。龚伟平等采用溶胶-凝胶法在炭纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过球磨混合均匀、热压烧结制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料，用三点弯曲法测试复合材料的弯曲强度。结果表明，球磨时间影响羟基磷灰石中炭纤维的长度及其分布，球磨时间以2.5h为宜。表面涂层TiO2的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度比未涂层的高，尤以用丙酮除胶、盐酸与水量比例为1.0:8进行TiO2涂层，得到的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度最高。在炭纤维表面均匀涂覆一层厚度合适TiO2薄膜有利于提高炭纤维增强羟基磷灰石复合材料的力学性能。2.2.4抗压强度项东虎等采用直碳纤维和螺旋碳纤维

24、增强 PTFE 复合材料，发现直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势，螺旋碳纤维增强复合材料的硬度则缓慢提高，两种纤维均可使抗压强度提高，且螺旋碳纤维的效果更为明显14。2.2.5断裂韧性 高弹性模量的碳纤维对材料既能增强，又可显著增韧。碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高界面断裂韧性；在水泥砂浆中掺入碳纤维可显著提高水泥砂浆的断裂韧度和断裂能，且随着碳纤维掺量的增加，断裂韧度和断裂能随之增大，水泥基材料的密度和弹性模量降低、泊松比也随之增加；采用碳纤维填充改善聚四氟乙烯( PTFE)，大大改善了纯 PTFE 的塑性性能13。 2.2.6耐磨性项东虎等选用螺旋碳纤维(

25、 CMCs) 和直碳纤维( SCF) 填充改善聚四氟乙烯( PTFE) 的综合性能。测试了纯 PTFE 及其复合材料的摩擦磨损、硬度、抗压强度等性能，并利用扫描电镜对磨损表面及残留在表面的磨屑和转移膜进行形貌观察。结果表明： 添加其中任何一种碳纤维都会不同程度地提高 PTFE 复合材料的摩擦因数，高载下的摩擦因数稍低于低载下的摩擦因数，另外，随着碳纤维含量的增加，其耐磨性能逐步提高，磨损率下降15。2.2.7灵敏性碳纤维水泥基复合材料能以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。碳纤维水泥基复合材料界面性能对其功能响应特性的具体机理为：（1）碳纤维在拔出力的作用下，试样界面力及电阻变化

26、率随着拉伸位移的增加而逐渐增大，当界面力达到极值时，纤维与基体间的结合被破坏，电阻迅速上升。试验所表现出的这种电学特性可用隧道效应理论来描述。界面应力的作用使材料内部导电网络发生改变，引起隧道电流的变化，从而导致了电阻的变化。（2）在荷载作用下，碳纤维基复合材料通过界面将载荷传递给碳纤维，碳纤维和基体之间界面应力的变化导致界面结构变化，材料内部的导电网络发生改变，其电导率变化能够反映材料在受载过程中的应力-应变并具有灵敏的响应，材料表现出机敏性。连续碳纤维增强基复合材料在弹性阶段，其电阻随拉力增大而可逆增大，随拉力减小而可逆减小。2.2.8电阻特性碳纤维水泥基复合材料CFRC电阻率随着碳纤维体

27、积分数的提高而下降；碳纤维掺入量存在一个饱和点，超过此饱和点，碳纤维水泥基复合材料的电阻率变化趋于稳定；碳纤维水泥基复合材料电阻率随加载频率的增大而降低。不同成型压力制备的复合材料电阻率均随温度升高而呈先增大后减小的趋势20。较小成型压力制备的CFRC，其临界温度为75-100；较大成型压力制备的CFRC，其临界温度为100-120。杨淑霞21采用电镀 Cu 碳纤维与化学镀Cu的Ti3SiC2粉及Cu 粉进行湿混，通过真空热压烧结法制备碳纤维增强的Cu-Ti3SiC2复合材料，电阻率随碳纤维含量的增加而增大；Ti3SiC2含量在15%-20%之间电阻率变化较大；在Ti3SiC2含量为 20%，

28、碳纤维含量为 8%时，所制备的Cf-Cu-Ti3SiC2复合材料综合性能最好。2.2.9温敏性碳纤维水泥基材料(CFRC)具有良好的温敏性，在-10-60的温度范围内，CFRC材料的电阻率随温度的升高而减小，灵敏度随着碳纤维掺量的增加而减小。在温度升高的初始阶段,试件电阻率随温度的升高而下降，呈现NTC效应；当温度升高到一定数值，电阻率随温度的升高而逐渐升高，呈现出PTC效应，并且随着碳纤维掺量的变化，NTC/PTC转变温度也发生变化16。 2.2.10界面结合强度2006年，陈腾飞等用溶胶-凝胶法在炭纤维表面涂敷纳米级的TiO2涂层，并采用热压法制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料。结果表明，通

29、过溶胶-凝胶法制备的TiO2涂层与炭纤维表面结合良好涂层后炭纤维增强羟基磷灰石中的炭纤维表面和周围羟基磷灰石以及炭纤维之间有纳米级TiO2纤维呈网状分布，将有利于提高炭纤维/羟基磷灰石间的界面结合强度。2008年，王超等采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂，酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应，而且酚醛树脂处理剂浓度越高，和炭纤维表面发生反应的基团也越多，表面越光滑平整， 处理后的纤维复合材料断口，炭纤维纤维拔脱和界面开裂现象很少，断口有明显的剪切痕迹， 由此可知酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善，而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。说明经酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂可以显著提高多种

30、炭纤维和环氧树脂界面强度。2009年，黄元飞等发现涂层的碳纤维与Mg 基体浸润性较差，碳纤维在 Cf/Mg 复合材料微观组织中分布不均匀，界面结合强度较弱。之后在碳纤维表面包覆 Ni 或 SiO2 涂层使碳纤维与 Mg 基体的润湿性得到了改善；包覆 Ni 涂层的碳纤维在 Mg 基体中分布均匀，并在其界面处生成金属间化合物Mg2Ni，界面为强结合；碳纤维表面的 SiO2涂层与 Mg 进行少量的反应生成 MgO 和 Si，界面结合好，能很好地传递载荷。2010年，吕立斌等通过对碳纤/玻纤缝编织物增强复合材料的织物组织的选择、浸胶前后的拉伸基本性能、与混凝土薄板界面黏结性能进行研究，发现复合材料采用

31、缝编织物基本能使纱线的强力利用率提高，织物浸胶后，拉伸强力明显提高。采用浸胶的纤维编织网能改善纤维编织网和混凝土的黏结性能，提高拉拔荷载峰值，与混凝土薄板界面的黏结性能也有所增强。2.2.11吸波性利用弓形反射法(NRL)测试了碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0% (质量分数)时碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4-8GHz和高频段8-18GHz时的反射率，讨论了纤维掺量、频率、反射率之间的关系。结果发现，在纤维掺量相同条件下：低频段时，反射率 -10dB，CFRC对电磁波表现出反射性。随着纤维掺量的增加，低频段时反射率先降低、后又有所回升，吸波性由弱变强

32、、又变弱，纤维掺量为0.6% (质量分数)时出现最小反射率 -15.0dB；高频段时反射率总体上呈上升趋势，材料对电磁波的反射性越来越强，纤维掺量为0.4% (质量分数)时出现最小反射率 -19.4dB。2.3碳纤维增强复合材料的成型铺层设计是碳纤维复合材料成型的关键,它包括铺层角度、铺层顺序铺层的层数的设计、而且铺层设计是直接决定材料性能和强度的主要工序.所以在构件的设计中要优先考虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求,还要考虑其强度,并且要针对材料的实际实用性和加工方式。常见的加工工艺和相关注意事项如下：2.3.1热缩工艺采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就热缩工艺,热缩工艺主要使树脂进行

33、软化,当热缩管达到收缩温度的同时就会出现收缩变形的现象,并且口径 发生缩小并被压实.所以在高温固化的状态下热缩材料可以很好的将热压力进行传递并可以消除皱折对复合辅助材料 的影响。热缩工艺需要一定的温度环境,以保证收缩和压实的质量.热缩工艺中最重要的质量参数是加热时间和对温度的控制.在确 定热缩工艺时以热缩材料的收缩性能为根据,并充分考虑模具的热容滞后因素,对具体的复合材料制件灵活运用.热缩材料的主要方式为外加热,使用设备如酒精喷灯和热电吹风,如果条件允许可以使用烤箱,所以针对复合材料这一特点就要求在加热的时候对温度严格控制,保证低温和短时问加热,避免对热缩材料 的热缩方式对树脂体系凝胶性能的影

34、响。2.3.2预吸胶工艺预吸胶工艺就是将预压实工艺与热缩工艺相互配合使用.我们在进行固化前都在适当的温度压力下对复合材料的叠层进行吸取树脂的工序,这样做的主要目的是对复合材料中的树脂含量进行控制.本道工序要达成俩个目的： 在压紧预浸料叠层的同时起到消除固化热是缩管和预浸料叠层之间中的吸胶材料,造成热缩和预浸料叠层紧密相接.整个工序使热缩管内壁和外壁效果相同,这样就保证了材料表面的光滑和平整.预吸胶工艺的主要控制参数都集中在温 度,压力和恒温时间几个方面.所以在整个工艺的制定过程中要保证工艺的合理性,在完成吸胶工序 的同时,还要达到压实的目的,同时更要减少对复合料凝胶性的影响。2.3.3真空袋袋

35、压工艺成型真空袋袋压工艺成型是铺层完成后利用真空袋加压进行施压同时进入烘箱进行固化，真空袋袋压工艺成型的管件经常会出现皱折、富胶、和条纹的现象.所以在进行复合材料铺层的同时必须对预浸料叠层块施加足够的力,以保证避免出现复合材料松散和结构尺寸加厚的问题.在工序中要注意在成型时期对各层复合材料进行压,保证树脂的排出。碳纤维复合材料的质量 问题 都出现在加压的工序中,所以在操作时我们必须注意.在复合材料叠层块压紧的过程中壁厚将减小,其周长也会相应的减小,这是就会出现松弛纤维被压弯打折的情况,在加上成型的预浸料叠层块原料本身就带有一定的皱折和条纹,所以固化后自然会出现问题.所以在铺层工艺时一定要最大限

36、度的压实复合材料层。避免出现外观质量问题。3.碳纤维与碳纤维复合材料在航空航天领域的应用碳纤维在20世纪5060年代工业化，是应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来的。目前有粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（PAN）基三种原料体系的碳纤维，粘胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量有限，PAN基碳纤维由于生产工艺较简单，产品力学和高温性能优异，而且兼有良好的结构和功能特性，发展较快，已成为高性能碳纤维发展和应用最主要和占绝对优势的品种，是当前碳纤维的主流，其产量占90左右。碳纤维主要用于高性能结构及功能复合材料，在航空、航天、兵器、船舶及核工业等国防领域具有不可替代的作用，是世界各国高度重视的战

37、略性基础材料,特别是大型民用客机开始大规模使用碳纤维复合材料，市场供求紧俏，未来几年，世界碳纤维需求将以年均两位数快速增长，市场供应短缺至少将延续到2009年，甚至有可能会延长到2012年。研制大型飞机要突破许多关键技术，其中之一是“先进复合材料结构设计技术”，这就离不开碳纤维。碳纤维以其优异的性能已经广泛应用于飞机制造业，最突出的主要性能是强度大、模量高、比重小、质量轻。另外，还具有耐高温、耐疲劳、耐腐蚀、耐高导和耐稳定性等一系列优异性能，而且与其他材料的相容性高，兼备纺织纤维的柔软可加工性，容易复合，设计自由度大。碳纤维的这种特性决定了它可以应用于航空航天、体育休闲、交通运输、医疗卫生、土

38、木建筑等诸多领域。在航空领域，利用碳纤维的耐高温、比强度高和比模量高等力学特性作为航空、航天、飞机、飞船等的结构材料使用。如飞机的一次构造材料：主翼、尾翼和机体等；二次构造材料：副翼、方向盘、升降舵、内装材料、地板材、刹车片及直升机的叶片等；火箭的排气锥体、发动机（盖、壳体、燃烧室、喷管、喉衬、扩散段）、助推器壳体等；导弹武器的整流罩、弹体、端头、喷管、扩散段等；人造卫星的承力结构、热防护系统、太阳能电池基板、复杂曲面天线、连接架等；宇宙飞船的翼面板和支撑构件等。太空站和天地往返运输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材料为主要材料。目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已

39、占7080，在军用飞机上占3040，在大型客机上占1550。世界碳纤维在航空航天领域的使用量，2006年为3775t，占总用量的15.6，预计2010年将增加到5389t，占16.9。我国碳纤维在航空航天领域的应用量远远低于世界水平，2005年为120t，占总用量的2.7，预计2010年将增加到250t，占4.1。碳纤维复合材料（CFRP）具有质量轻等一系列优异特性，在飞机制造业广泛应用。首先战斗机中的使用量增加迅速，目前已占结构总量的50左右，成为制造大型飞机的主体材料，已引起人们极大关注。如波音公司1982年波音767型飞机主要在垂直尾翼发动机上使用一些碳纤维，1架飞机使用CFRP为1.5

40、t，其中碳纤维的实际用量约1t。1995年推出的波音777型飞机，除了垂直尾翼以外，水平尾翼、机身和里面的地板支撑材料等也开始使用碳纤维，架飞机的复合材料用量为9.6t，实际碳纤维用量6.5t。波音公司称，大量使用复合材料将减少更多的维修时间和费用，而且每架飞机可节省燃料约20。空中客车公司估计目前架340/500和340/600飞机使用的复合材料将近t，新的380客机使用复合材料为2530吨/架，其中85是CFRP。中等尺寸的350飞机预测到20102011年将充分生产，需用复合材料1620吨/架，使飞机结构材料比例提升到41左右。通用级300碳纤维及其CFRP可用来制造飞机的二次结构部件，

41、满足不了制造一次结构部件的要求。后来开发成功的高强中模型碳纤维使抗拉强度、抗拉模量、断裂伸长等性能有了大幅度提高，由韧性环氧树脂所制造的就可以制造大型飞机的一次部件和二次部件。1981年波音公司提出要求高强度、高伸长的碳纤维，促进了高性能碳纤维的研发。1984年日本东丽公司率先研制成功碳纤维800，1986年又进一步研制出了1000。随后，日本东邦人造丝公司、三菱人造丝公司和美国赫克塞尔公司相继研制出同类型的高性能碳纤维，为大型飞机的制造提供了新型复合材料。从此，CFRP在大型飞机上的使用量直线上升，也促进了碳纤维工业的发展和先进复合材料技术的日趋完善。CFRP是制造飞机的最好材料，碳/碳复合

42、材料（C/C）则是制造飞机刹车装置的优异材料。先进的/刹车装置可以有效地使飞机降落过程中的动能转化为热能，不仅刹车制动的安全可靠性提高，而且可以有效地减轻质量，在战斗机和客机上都广泛使用1。4.结束语世纪是复合材料的世纪，碳纤维作为复合材料的首选原材料之一应用广泛，需求不断增长，发展前景看好。随着国民经济的发展、科学技术的进步，碳纤维的应用领域不断扩大，特别是大型飞机项目的再次启动，碳纤维市场必将进一步增长，需求量会越来越大，必然促进碳纤维工业的发展。我国碳纤维工业将进入一个快速发展期，一定能够为大型飞机的制造做出自己的贡献。5.参考文献1 碳纤维复合材料百度文库2 陈烈民,无纵向温度变形的复

43、合材料管的铺层设计,宇航材料工艺 1999,02 3 靳武刚,热缩塑料在复合材料成型工艺中的应用,塑料科技,2001( 5 ):7 4 陈烈民,复合材料在航天结构中的应用研究 J ,宇航材料工艺1994年06期5 靳武刚,白晓红,碳纤维复合材料天线支撑杆的研制 J ,工程 塑料应用2004年11期6 靳武刚,高建军,碳纤维复合材料弯曲撑杆成型工艺技术,电子机械工程2003年 03期7覃芮.风力发电产业与碳纤维增强叶片J. 高科技纤维与应用.2008,4,33(2):24-27,448郭玉明 冯志海 王金明.高性能PAN基碳纤维及其复合材料在航天领域的应用J.高科技纤维与应用.2007,10,3

44、2(5):1-7,179蔡闻峰 周惠群 于凤丽.树脂基碳纤维复合材料成型工艺现状及发展方向J.航空制造技术.2008(10):54-57 10胡兴军.碳纤维在汽车上的应用J.天津汽车.2008(12):52-53 11吕立斌 王照宇 荀勇.碳纤/玻纤缝编织物增强复合材料的性能研究J.上海纺织科技.2010,10,38(10):30-3112欧阳幼玲 陈迅捷 张燕驰/等.纤维增强水泥复合材料断裂韧性研究J.水利水运工程学报2006,6(2):56-5913杨金纯 陈利.纤维增强复合材料在桥梁工程中的应用J.产业用纺织品.2006(4):20-2314边彬辉 尹高喜 张赛军/等.碳纤维复合材料在笔

45、记本电脑外壳上的应用J.模具工业15林再文 刘永琪 梁岩/等.碳纤维增强复合材料在空间光学结构中的应用J.光学精密工程.2007,8,15(8):1181-118516张玲玲 张 陵 马建勋.海洋环境下碳纤维增强复合材料片材的耐久性J. 建筑材料学报.14.致谢大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持，感谢我的母校 给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高。论文终于圆满划上句号，我感到无比欣慰。这次毕业论文写作过程中，我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师 老师对我的关心尤为重