碳纖維拉擠樹脂含量約多少

Ⅰ 論碳纖維管強度，看看技術如何顛覆傳統！

從18世紀60年代開始，我們的世界在第一次工業革命的引領之下，日新月異，發展迅猛，就如同打開了發展速度這個「潘多拉魔盒」一樣，一發不可收拾。而與之對應的則是各類的新型產品，技術革命以及顛覆式的創新。鄧公曾講過，科技是第一生產力。而如今看來，的確如此。技術的提升創新甚至是革命，帶來的是前所未有的驚喜和對傳統產品巨大的沖擊力。碳纖維便是如此應運而生。究竟碳纖維有何過人之處，今日且聽筆者娓娓道來。

碳纖維管又稱碳素纖維管，也稱碳管，碳纖管，是採用碳纖維復合材料預浸入苯乙烯基聚脂樹脂經加熱固化拉擠(纏撓)而成。在制過程中，可以通過不同的模具生產出各種型材，如：不同規格的碳纖維圓管，不同規格的方管，不同規格的片材，以及其它型材：在製作過程中也可以包3K進行表麵包裝美化等等。而我們知道，碳纖維管的基礎便是碳纖維，碳纖維是含碳量高於90%的無機高分子纖維。其中含碳量高於99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規整，層與層之間借范德華力連接在一起。

通常也把碳纖維的結構看成由兩維有序的結晶和孔洞組成，其中孔洞的含量、大小和分布對碳纖維的性能影響較大。

當孔隙率低於某個臨界值時，孔隙率對碳纖維復合材料的層間剪切強度、彎曲強度和拉伸強度無明顯的影響。有些研究指出，引起材料力學性能下降的臨界孔隙率是1%-4%。孔隙體積含量在0-4%范圍內時，孔隙體積含量每增加1%，層間剪切強度大約降低7%。通過對碳纖維環氧樹脂和碳纖維雙馬來亞胺樹脂層壓板的研究看出，當孔隙率超過0.9%時，層間剪切強度開始下降。由試驗得知，孔隙主要分布在纖維束之間和層間界面處。並且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，並顯著降低了層合板中層間界面的面積。當材料受力時，易沿層間破壞，這也是層間剪切強度對孔隙相對敏感的原因。另外孔隙處是應力集中區，承載能力弱，當受力時，孔隙擴大形成長裂紋，從而遭到破壞。

即使兩種具有相同孔隙率的層壓板(在同一養護周期運用不同的預浸方法和製造方式)，它們也表現處完全不同的力學行為。力學性能隨孔隙率的增加而下降的具體數值不同，表現為孔隙率對力學性能的影響離散性大且重復性差。由於包含大量可變因素，孔隙對復合材料層壓板力學性能的影響是個很復雜的問題。這些因素包含：孔隙的形狀、尺寸、位置;纖維、基體和界面的力學性能;靜態或者動態的荷載。

相對於孔隙率和孔隙長寬比，孔隙尺寸、分布對力學性能的影響更大些。並發現大的孔隙(面積>0.03mm2)對力學性能有不利影響，這歸因於孔隙對層間富膠區的裂紋擴展的產生影響。

碳纖維兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特徵，是一種新的力學性能優異的新材料。碳纖維拉伸強度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa。密度約為1.5到2.0克每立方厘米，這除與原絲結構有關外，主要決定於炭化處理的溫度。一般經過高溫3000℃石墨化處理，密度可達2.0克每立方厘。再加上它的重量很輕，它的比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，比強度是鐵的20倍。碳纖維的熱膨脹系數與其它纖維不同，它有各向異性的特點。碳纖維的比熱容一般為7.12。熱導率隨溫度升高而下降平行於纖維方向是負值(0.72到0.90)，而垂直於纖維方向是正值(32到22)。碳纖維的比電阻與纖維的類型有關，在25℃時，高模量為775，高強度碳纖維為每厘米1500。這使得碳纖維在所有高性能纖維中具有最高的比強度和比模量。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維在物理性能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數小等特點，可以稱為新材料之王。

碳纖維除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有顯著的各向異性柔軟，可加工成各種織物，又由於比重小，沿纖維軸方向表現出很高的強度，碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500兆帕以上，是鋼的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430G帕亦高於鋼;因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000兆帕以上，而A3鋼的比強度僅為59兆帕左右，其比模量也比鋼高。與傳統的玻璃纖維相比，楊氏模量(指表徵在彈性限度內物質材料抗拉或抗壓的物理量)是玻璃纖維的3倍多;與凱夫拉纖維相比，不僅楊氏模量是其的2倍左右。碳纖維環氧樹脂層壓板的試驗表明，隨著孔隙率的增加，強度和模量均下降。孔隙率對層間剪切強度、彎曲強度、彎曲模量的影響非常大;拉伸強度隨著孔隙率的增加下降的相對慢一些;拉伸模量受孔隙率影響較小。

碳纖維還具有極好的纖度(纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數)，一般僅約為19克，拉力高達300kg每微米。幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那麼多一系列的優異性能，因此在旨度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴格要求的領域。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維能夠耐受3000度以上的高溫，具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高於1500℃時強度才開始下降，而且溫度越高，纖維強度越大。碳纖維的徑向強度不如軸向強度，因而碳纖維忌徑向強力(即不能打結)而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化。

所以綜合來講，碳纖維管具有強度高，壽命長、耐腐蝕，質量輕、低密度等優點。尺寸穩定、導電、導熱、熱膨脹系數小、自潤滑和吸能抗震等一系列優異性能。並具有高比模、耐疲勞、抗蠕變、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等。

而如今，碳纖維的應用也是非常的廣泛，除了我們已知的航空航天材料以及軍工產品外，在民用方面也是很豐富的。而碳纖維管更是與日常生活密不可分，得益於獨特的硬度與輕度，，廣泛應用於風箏、航空模型飛機、燈用支架、PC設備轉軸、蝕刻機、醫療器械、體育器材等機械設備，所以，如果您要選擇相關的產品，碳纖維製品絕對是比較好的選擇，不過也正是因為它優良的產品特性，價格不比其他產品。可小編認為，好的產品，優質的體驗，價格又何妨呢!

Ⅱ 碳纖維復合材料成型方法及工藝

復合材料加工工藝是在同一基礎上根據不同材料的特性及應用目的而不斷衍生發展的。碳纖維復合材料在發揮質輕、強度大的基礎上，也會根據應用對象的差異而採用不同的成型工藝，從而盡可能地發揮出碳纖維所具有的特殊性能。下面小編針對適用於碳纖維復合材料的成型工藝及其應用以及碳纖維復合材料的成型方法。希望能夠給大家帶來幫助。

一、碳纖維復合材料的成型方法

1、模壓法。這種方法是將早已預浸樹脂的的碳纖維材料放入金屬模具中，加壓後使多餘的膠液溢出來，然後高溫固化成型，脫膜後成品就出來了，這種方法最適合用來製作汽車零件。

22、手糊壓層法。將浸過膠後的碳纖維片剪形疊層，或是以便鋪層一邊刷上樹脂，再熱壓成型。這個方法可以隨便選擇纖維的方向、大小和厚度，被廣泛使用。注意的是鋪層後的形狀要小於模具的形狀，這樣纖維在模具內受壓時就不會撓曲。

33、真空袋熱壓法。在模具山疊層，並覆上耐熱薄膜，利用柔軟的口袋向疊層施加壓力，並在熱壓灌中固化。

44、纏繞成型法。將碳纖維單絲纏繞在碳纖維軸上，特別適用於製作圓柱體和空心器皿。

55、擠拉成型法。先將碳纖維完全浸潤，通過擠拉除去樹脂和空氣，然後在爐子里固化成型。這種方法簡單，適用於制備棒狀、管狀零件。

二、碳纖維復合材料成型工藝

1.手糊成型：

在模具工作面上塗敷脫模劑、膠衣，將剪裁好的碳纖維預浸布鋪設到模具工作面上，刷塗或噴塗樹脂體系膠液，達到需要的厚度後，成型固化、脫模。在制備技術高度發達的今天，手糊工藝仍以工藝簡便、投資低廉、適用面廣等優勢在石油化工容器、貯槽、汽車殼體等許多領域廣泛應用。其缺點是質地疏鬆、密度低，製品強度不高，而且主要依賴於人工，質量不穩定，生產效率很低。

2.噴射成型：

屬於手糊工藝低壓成型中的一類，使用短切纖維和樹脂經過噴槍混合後，壓縮空氣噴灑在模具上，達到預定厚度後，再手工用橡膠錕按壓，然後固化成型。為改進手糊成型而創造的一種半機械化成型工藝，在工作效率方面有一定程度的提高，用以製造汽車車身、船身、浴缸、儲罐的過渡層。

3.層壓成型：

將逐層鋪疊的預浸料放置於上下平板模之間加壓加溫固化，這種工藝可以直接繼承木膠合板的生產方法和設備，並根據樹脂的流變性能，進行改進與完善。層壓成型工藝主要用來生產各種規格、不同用途的復合材料板材。具有機械化和自動化程度高、產品質量穩定等特點，但是設備一次性投資大。

4.纏繞成型：

將經過樹脂膠液浸漬的連續纖維或布帶按一定規律纏繞到芯模上，然後固化、脫模成為復合材料製品的工藝。碳纖維纏繞成型可充分發揮其高比強度、高比模量以及低密度的特點，可用於製造圓柱體、球體及某些正曲率回轉體或筒形碳纖維製品。

5.拉擠成型：

將浸漬樹脂膠液的連續碳纖維絲束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續不斷地生產長度不限的型材。拉擠成型是復合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優點是生產過程可完全實現自動化控制，生產效率高。拉擠成型製品中纖維質量分數可高達80%，浸膠在張力下進行，能充分發揮增強材料的作用，產品強度高，其製成品縱、橫向強度可任意調整，可以滿足製品的不同力學性能要求。該工藝適合於生產各種截面形狀的型材，如工字型、角型、槽型、異型截面管材以及上述截面構成的組合截面型材。

6.液態成型：

將液態單體合成為高分子聚合物，再從聚合物固化反應為復合材料的過程改為直接在模具中同時一次完成，既減少了工藝過程中的能量消耗，又縮短了模塑周期(只需約2分鍾便可完成一件製品)。但這種工藝的應用，必須以精確的管道輸送和計量以及溫度壓力自動控制為基礎，屬於高分子材料和近代高新科學技術的交叉范疇，目前的應用還不是很廣。

7.真空熱壓罐：

將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料放在熱壓罐內，在一定溫度和壓力下完成固化過程。熱壓罐是一種能承受和調控一定溫度、壓力范圍的專用壓力容器。坯料被鋪放在附有脫模劑的模具表面，然後依次用多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋，並密封於真空袋內，再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空，除去空氣和揮發物，然後按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。固化制度的制定與執行是保證熱壓罐成型製件質量的關鍵。該種成型工藝適用於製造飛機艙門、整流罩、機載雷達罩，支架、機翼、尾翼等產品。

8.真空導入：

簡稱VIP，在模具上鋪「干」碳纖維復合材料，然後鋪真空袋，並抽出體系中的真空，在模具腔中形成一個負壓，利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預鋪的管路壓入纖維層中，讓樹脂浸潤增強材料，最後充滿整個模具，製品固化後，揭去真空袋材料，從模具上得到所需的製品。該工藝在1950年就出現了專利記錄，但在近幾年才得到發展。在真空環境下樹脂浸潤碳纖，製品中產生的氣泡極少，製品的強度更高、質量更輕，產品質量比較穩定，而且降低了樹脂的損耗，僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的製品，能較好地控制產品厚度。一般應用於船艇工業中的方向舵、雷達屏蔽罩，風電能源中的葉片、機艙罩，汽車工業中的各類車頂、擋風板、車廂等。

總結：隨著碳纖維復合材料應用的深入和發展，碳纖維復合材料的成型方式也在不斷地以新的形式出現，但是碳纖維復合材料的諸種成型工藝並非按照更新淘汰的方式存在的，在實際應用中，往往是多種工藝並存，實現不同條件、不同情況下的最好效應。同時碳纖維重量比鋁輕，強度卻高於鋼，又有耐腐蝕、耐高溫、模量高等優點，被稱為「新興材料之王」。碳纖維的產品在很多領域都有應用。希望以上的這些知識能夠幫到大家，祝大家生活愉快。