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碳纤维增强树脂基复合材料的应用及展望

2023-06-07陈思魁郭荣辉

纺织科学与工程学报 2023年4期
关键词:碳纤维复合材料工艺

陈思魁,郭荣辉

(四川大学轻工科学与工程学院,四川成都 610065)

纤维增强聚合物(FRP)复合材料由聚合物基体和增强纤维组成,使CFRP 成为FRP 的一个子组。 与热塑性聚合物相比,基质通常是热固性聚合物,因为它具有更好的机械性能和更好的纤维基体附着力,但热塑性塑料也可以用作基质。 用作基质的最常见聚合物是聚酯、丙烯酸和环氧树脂[1-2]。CFRP 由CF 作为增强材料组成,以提高复合材料的机械性能,聚合物作为基体将纤维粘合在一起并保护它们免受环境影响。 近年来,碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料因其高比强度、高刚度和高耐腐蚀性等优越性能,它们非常适合高强度和刚度、更轻的重量和出色的疲劳特性,是关键要求的应用。 与铝和钢相比,碳纤维的比强度(取决于所使用的纤维)高出约十倍。 在过去二十年中,全球CFRP 的复合年增长率(CAGR)约为12.5%。 十多年来,CFRP 已成功应用于航空航天、汽车、铁路运输和风能领域[3]。

1 碳纤维增强树脂基复合材料的成型工艺

CFRP 的常用制备方法主要包括手糊、树脂传递模塑(RTM)、拉挤成型、增材制造(AM)和压缩成型(CM)。

1.1 手糊工艺

手糊是最简单的复合材料制造工艺,包括几个简单的加工阶段和基础设施,但主要限于热固性聚合物。 这是一个手动过程,其中每个碳纤维板以所需的方向逐层放置,直到首选厚度,并通过滚筒和刷子在层之间使用树脂。 然而,这是一个劳动密集型的过程,很难通过这个过程制造像飞机部件这样的复杂结构。 此外,该技术制备的复合材料由于界面处的粘结较弱,抗冲击性和抗弯强度较差。……

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