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              碳纖維增強復合材料基礎知識?
              文章出處:精久機械     人氣:3483     發表時間:2018-07-12

              碳纖維增強復合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡稱CFRP)是以碳纖維或碳纖維織物為增強體,以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質或橡膠等為基體所形成的復合材料,簡稱碳纖維復合材料。

              它是一種高性能纖維,在建筑結構中的使用量最大。在保護氣氛中的有機纖維在施加張力牽引下,經過熱處理碳化而成為含碳量90%以上的碳纖維。

              CFRP材料最初應用于航天工業,這項技術在20世紀70年代已漸趨成熟。20世紀60年代,美國開始把CFRP材料應用在土木工程領域。但當時實驗結果不理想,而且試驗費用很高,所以FRP材料在土木領域的研究與應用在其后二十多年里沒有很大的進展。直到80年代,歐美、日本和澳大利亞等國才開始重視相關應用研究。

              一、CFRP的種類和構造

              0CFRP是如何制造出來的呢?首先碳纖維只是一種纖維,只用它是無法制造出部件的。所以,碳纖維要和樹脂一起制成復合材料使用。根據所用樹脂種類的不同,以及碳纖維品種、狀態(可制成織物及短纖維等多種形態)的不同,制成的CFRP的特性也大不相同。單是主要的中間基材(成型材料)就有4種。這些中間基材及成型材料對應的主要成型方法也不一樣。

              二、熱硬化性和熱可塑性

              CFRP使用的樹脂有兩大類,一類是環氧樹脂及非飽和聚酯樹脂等熱硬化性樹脂,另一類是聚丙烯(PP)及聚酰胺(PA)等熱可塑性樹脂。這兩種樹脂的特性有所不同。

              熱硬化性樹脂在碳纖維浸漬階段為低粘度單體,之后,隨著成型時的加熱發生聚合,變成聚合物(樹脂)。由于聚合反應需要一定時間,因此成型周期通常較長。利用制造飛機結構件時使用的熱壓罐法,加熱時間達到2~4小時。

              而使用熱可塑性樹脂時,其成型與通常的樹脂成型基本相同,小尺寸部件的射出成型可在10秒內完成,即便是非常大的大尺寸部件的沖壓成型,也可在1分~數分內完成。由于加工效率高,因此可輕松實現低成本化。不過,與熱硬化樹脂相比,熱可塑性樹脂的熔融粘度較高,所以加工大尺寸部件時必須使用大型沖壓機。 


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