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碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为质料,经预氧化、碳化、石墨化工艺而造得的含碳量大于90%的特种纤维。碳纤维具有下强度、高模量、低密度、耐高温、耐侵蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优秀机能,是航空航天、国防军事产业弗成短少的工程质料,同时正在体育用品、交通运输、医疗器械和土木修建等民用范畴也有着普遍运用。PAN基碳纤维生产工艺简朴、产物综合机能好,因此生长很快,产量占到90%以上,成为最主要的种类。
 
1.1聚丙烯腈基碳纤维的制备
 
聚丙烯基碳纤维是继粘胶基碳纤维后第二个开辟胜利的碳纤维。它是现在种种碳纤维中产量最高种类最多生长最快手艺最成熟的一种碳纤维。
 
聚丙烯腈(PAN)是由(AN)聚合而成的链状高分子。
 
因为PAN正在它的熔点317℃之前便最先热剖析,因而不克不及接纳熔融纺丝而只能经由过程溶剂停止湿法或干法纺丝。
 
聚丙烯腈碳纤维的生产过程分三步:(1)预氧化;(2)高温碳化处置惩罚;(3)高温石墨化处置惩罚。
 
(1)  聚丙烯腈原丝的预氧化
 
预氧化的目标就是为了防备本丝正在碳化时熔融,经由过程氧化回响反映使得纤维份子中含有羟基,羰基,如许可正在份子间和份子内构成氢键,从而进步纤维的热稳定性。正在聚丙烯腈纤维预氧化历程中可能发生的重要化学反应和氧化脱氢回响反映。
 
剖析效果注解正在约莫200℃阁下约有75%氰基发作了化学反应。已环化的纯化发作氧化脱氢回响反映,使纤维中联合一部分氧。一样平常以为,正在制造聚丙烯腈碳纤维时,纤维仅需求局部氧化,含氧量正在5%~10%较好。预氧化接纳的要领有两种:空气氧化法和催化法。
 
本丝正在200~300℃氛围中预氧化时,其色彩从黑→黄→棕→乌,阐明聚合物发作了一系列的化学变化,并最先构成石墨微晶构造。催化环化是将聚丙烯腈原丝正在225℃的SnCl4二苯醚溶液中催化成环。催化法有可能使局部氰基未被氧化,形成构造缺点。现在工业生产上广泛接纳的是氛围预氧化法。
 
同时为了进步碳纤维的力学性能,正在原丝预氧化时同时接纳引力牵伸。
 
(2)预氧化的碳化
 
预氧化的碳化一样平常是正在惰性氛围中,将预氧丝加热至1000~1800℃,从而撤除纤维中的非碳原子(如H,O,N等) 。天生的碳纤维的含碳量约为95%。碳化历程中,已回响反映的聚丙烯腈进一步环化,份子链间脱水,脱氢交联,末尾芳构化成氨。跟着温度的进一步降低,份子链间的交联和石墨晶体进一步增大。碳化温度对碳纤维的力学性能有很大的影响。正在碳化历程中,拉伸强度和弹性模量随温度的降低而降低。但正在拉伸强度正在1400℃阁下到达最大值。那是因为随温度的进步,碳纤维中的石墨晶体增大,定向水平进步,因此拉伸模量降低而拉伸强度趋于下落。
 
(3)PAN的石墨化                                                                  石墨化历程是正在下纯度惰性气体珍爱下于2000~3000℃温度下对碳纤维停止热处理。碳纤维经石墨化温度处置惩罚后,纤维中残留的氮,氢等元素进一步脱除,六角碳网平面环数增添,并转化为类石墨构造。                                                          正在PAN石墨纤维的制备中,牵伸贯串消费全过程。不只正在消费PAN原丝时需求屡次牵伸。牵伸使微晶沿纤维轴向择优取向,微晶之间聚积越发严密,从而使密度和模量进步。
 
1.2聚丙烯腈基碳纤维的构造
 
碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向偏向堆砌而成的所谓“治层”构造,一般也把碳纤维的构造算作由两维有序的结晶和孔洞构成,个中孔洞的含量、巨细和散布对碳纤维的机能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39~3.42.,各平行层面间的各个碳原子,分列不如石墨那样规整,层取层之间借范德华力衔接在一起。
 
 1.3聚丙烯腈基碳纤维机能特性
 
   碳纤维的化学机能取碳十分相似,正在氛围中当温度高于400℃时即发作显着的氧化,氧化产品CO2、CO正在纤维外面散失,所以其正在氛围中的运用温度不克不及太下,一样平常正在360℃以下。但正在阻隔氧的状况下,运用温度可大大进步到1500℃~2000℃,并且温度越下,纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度,因此碳纤维忌径向强力(即不克不及打结)。碳纤维有通用型(GP)、高强型(HT)、下模子(HM)、高强下模(HP)等多种规格,其性能指标睹表3。
 
   碳纤维有如下的优秀特性:① 比重沉、密度小;②超高强力取模量;③ 纤维细而柔嫩;④ 耐磨、耐委靡、减震吸能等物理机械性能优秀;⑤ 耐酸、碱和盐侵蚀可构成多孔、表面活性、吸附性强的活性炭纤维;⑥ 热膨胀系数小,导热率下,不泛起蓄能和过热;高温下尺寸稳定性好,不燃,热剖析温度800℃,极限氧指数55;⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮盖性优越;⑧ 具有光滑性,不沾润正在熔融金属中,可使其复合材料磨损率低落;⑨ 生物相容性好,心理适应性强。碳纤维力学性能重要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数,变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ,碳纤维的 CV值是设想构建的一项重要指标,若是碳纤维的CV值较小,触及碳纤维拉伸强度等利用率下,可充分发挥其加强结果。正在运用碳纤维时,大多制造成复合材料的结构件。关于统一机能的结构件,碳纤维的CV值越小,用量少,加强结果好;若是CV值较大,用量较多,构件粗笨,加强结果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。
 
1.4聚丙烯腈基碳纤维的相干尺度
 
  现在,我国针对碳纤维的机能及其正在复合材料中的运用,制订了相干尺度,现行碳纤维相干尺度有:GB/T 3362—2005碳纤维复丝拉伸机能实验要领,适用于1K~12K碳纤维复丝浸胶后测定其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率。GB 3362—1982碳纤维复丝纤维根数磨练要领(显微镜法),是适用于测定碳纤维复丝中的纤维根数。GB 3364—1982碳纤维直径和当量直径磨练要领(显微镜法),适用于测定圆形截面碳纤维的直径和异形截面碳纤维确当量直径。GB 3365—1982碳纤维增强塑料孔隙含量磨练要领(显微镜法)用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的孔隙含量。GB/T 3355—2005碳纤维增强塑料树脂含量实验要领,适用于硫酸正在肯定条件下能使树脂基体完整剖析又过火天侵蚀纤维的碳纤维增强塑料GB 3366—1996碳纤维增强塑料纤维体积含量实验要领,适用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的纤维体积含量。QJ 3074—1998碳纤维及其复合材料电阻率测试要领,适用于航天产物用碳纤维及碳纤维复合材料电阻率的测试现在,碳纤维家当正处于上升期,跟着碳纤维产业的生长和手艺的前进,我国碳纤维的产量会增添,质量会进步,种类也会有所增加,碳纤维机能也势必进一步进步,产业要求也将愈来愈下,为确保质料、产物、历程可以或许相符需求,也必需制订更新、更跟得上时期要求的尺度。
 
2. 热固性酚醛树脂
 
2.1分解道理
 
  正在NH4OH、NaOH或NaCO3等碱性物资的催化下,过量的甲醛取苯酚(其摩尔比大于1)回响反映天生热固性酚醛树脂。其回响反映历程以下:正在碱性催化剂存鄙人使回响反映介质PH大于7,苯酚和甲醛起首发作加成反应天生一羟甲基苯酚:
 
  室温下,正在碱性介质中的酚醇是稳固的,一羟甲基苯酚中的羟甲基取苯酚上的氢的反应速度比甲醛取苯酚的邻位和对位上的氢的反应速度小,因而一羟甲基苯酚不容易进一步缩聚,只能天生二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚:
 
  当以上回响反映天生的羟甲基苯酚受热后,又可发作羟甲基苯酚上的羟甲基取苯酚上的氢的缩合回响反映天生次甲基桥,或发作羟甲基取羟甲基之间的缩合回响反映构成醚键衔接,以上产品继承受热会进一步缩合。 若是回响反映更深入,则会发作交联,终究构成体型构造的大分子,那正在树脂消费阶段是该当制止的。以是应严格控制获得具有相似以下构造的产品:个中n=4—10,m=2——5。
  那是含有羟甲基的线型或支链型酚醛树脂,因为份子中含有羟甲基,它们正在受热状况下会进一步互相缩合构成高度交联的体型构造产品,因而,这些含有羟甲基的酚醛树脂是热固性树脂。
 
2.2热固性酚醛树脂的机能及消费特性
 
   热固性酚醛树脂具有优越的综合机能,用处普遍,正在防腐工程中以涂料、胶泥、塑料和玻璃钢等多种情势运用。
 
2.2.1热固性酚醛树脂的机能
   (一)优越的工艺机能
  凭据需求能够制成具有种种差别粘度的酚醛树脂以顺应种种差别的运用场所,一样平常分为下粘度、中粘度和低粘度三种。下粘度树脂适用于制备挤压石墨制品,个中较低粘度的树脂适用于制造石棉酚醛塑料和酚醛清漆。中粘度树脂适用于建造酚醛胶泥和酚醛玻璃钢。低粘度树脂适用于浸渍石墨,也能够用来建造玻璃钢。
  正在热固性酚醛树脂中,因为其大分子中存在的羟甲基的缩合感化而使树脂的粘度增进较快,终究构成体型构造产品。正在热固性酚醛树脂中到场苯甲醇能够相对天削减树脂份子中羟甲基的缩合回响反映;从而延伸树脂的储存期,一样平常苯甲醇的用量为树脂量的10%。
  (二)优越的耐蚀机能
  固化后的酚醛树脂的构造重要是苯酚基经由过程次甲基桥衔接的网状结构,是一种较为稳固的化学构造。但是,因为构造中存在大量苯环,正在苯环上能发作硝化反应和磺化回响反映,因而它不本领浓硫酸和硝酸等强氧化性介质。强氧化性酸以外,酚醛树脂险些本领统统酸,如任何浓度的盐酸、密硫酸、大部分的有机酸和酸性气体和PH<7,的酸性盐溶液等。
  酚醛树脂的耐碱性差,纵然正在室温,稀碱就能将它损坏。那是由于酚醛树脂的构造中含有很多酚基,这些苯环上的羟基具有弱酸性,羟基上的氢能被钠所庖代天生水溶性的酚钠产品,为进步酚醛树脂的耐碱性,可使二氯丙醇取酚醛树脂停止醚化回响反映,斲丧一部分羟基,  据报导,用20%的二氯丙醇醚化后的酚醛树脂固化后可正在100℃下耐浓度为30%的NaOH水溶液。另外,正在酚醛树脂中增加环氧树脂改性,也可进步其耐碱性,同时借可进步它的粘结性和低落膨胀率。
 
(三)别的机能
  固化后的酚醛树脂一样平常可正在120℃下临时运用,具有优越的耐热机能。其耐热性优于环氧树脂和不饱和聚酯树脂。
酚醛树脂的某些机能很不幻想,比方:树脂固化时的体积膨胀率较大,树脂取玻璃纤维的粘结性较差,固化后产品较脆,延长率低等。
  这些题目能够经由过程一系列的改性步伐去处理。
 
2.2.2热固性酚醛树脂的消费特性
    热固性酚醛树脂产物能够是固体状、乳液状,或酒精取火的溶液,凭据其产业用处而定。热固性树脂的机能取酚取醛的配比、催化剂的品种及制造要领有关。
 
 
    制造铸型树脂或木料黏结剂时,常按1mol苯酚取1.5~2mol甲醛配比,接纳氢氧化钠、氢氧化钾等催化剂。用于制造种种层压成品的热固性酚醛树脂所用配比为6mol酚类取7mol甲醛,并以氨水为催化剂,酚类可用苯酚、甲酚等。制造模塑粉及其他常用的Resole型树脂的配方、特性及运用睹表3-3。
 
 
    催化剂对构造、相对份子质量散布均有影响,常用催化剂有氢氧化钠、碳酸钠、碱土金属氧化物和氢氧化物、氨水、六亚甲基四胺和叔胺。偶然运用的催化剂要正在回响反映完毕后撤除,特别正在对电机能、耐老化和耐湿性要求下时。一样平常,氢氧化钠、碳酸钠常保存正在树脂溶液中;运用钙、钡氧化物和氢氧化物时,常正在回响反映后加硫酸或通CO2,使其沉淀撤除;叔胺可蒸馏撤除。
    消费模塑粉用的热固性酚醛树脂有多种形状和质料,
    热固性酚醛树脂的消费工艺流程,基本上取热塑性酚醛树脂雷同,但果这类树脂易回响反映过分转化为乙阶(B阶),以至丙阶(C阶),而固化于回响反映釜内,以是正在回响反映釜的容积上,一样平常不宜太大,多限于1~5m3以便于回响反映的掌握。
 
消费固体Resole型树脂,其具体操作工艺亦大致取前述消费固体Novolak型树脂的同等。须稀奇注重的有:①缩聚回响反映温度要稍低,一样平常不超过93℃;②温度掌握要更严厉正确;③回响反映历程及起点掌握要更实时;④脱水阶段的真空度要更高,工夫要更短。其操纵温度取时问干系的转变轨迹(操纵曲线)见图中,将其取消费热塑性酚醛树脂的干系曲线图3—3停止对照,能够显着看出上述的一些特性。
 
当需消费热固性酚醛树脂溶液时,则正在树脂脱水抵达起点后,背回响反映釜夹套内通人冷却水使物料降至靠近常温,再加入乙醇并络续搅拌使构成匀称溶液。此种溶液一样平常是配成50%阁下的浓度。可用于制造酚醛层压塑料的浸渍树脂和酚醛涂料和黏结剂的基料。
 
 
图制备热固性酚醛树脂的操纵温度曲线
 
装料阶段;δB-将混淆物料加热到沸腾阶段;Bτ-沸腾阶段;τg-正在最先枯燥时将树脂停止冷却阶段;ge-枯燥阶段;e-树脂的卸出
    热固性酚醛树脂乳液的消费特性是缩聚掌握正在反应物系不完全分层的阶段,然后仅停止局部脱水。所得乳液态粘稠状树脂液重要用于浸渍纤维状及碎屑状填料。因为不需斲丧溶剂,故生产成本较低,且更相符环保要求。其重要瑕玷是游离酚及低分子缩聚物含量下,寄存期短,稳定性差。引见一个消费实例以下。
 
配方(质量份):苯酚100,甲醛(37 %)40.5,氢氧化钠1.0。
    其工艺历程为:先将苯酚、甲醛及氢氧化钠水溶液到场回响反映釜内,然后搅拌并加热到60℃,当回响反映液温度上升到96~98℃时,最先沸腾,沸腾连续时问lOOmin;当取样测定物料的黏度到达(1.50~2.50)×10-1Pa•s后,应正在40kPa的真空下将物料冷却到70~80℃,并使缩聚回响反映住手,此时物料黏度到达0.8~1Pa•s。然后冷却,去掉真空,将物料放入廓清槽中,廓清工夫不少于12h,星散出树脂上层火后便可用来浸渍填料,这类树脂的游离酚含量小于9%,正在150℃时的聚合速度为75~95s。
 
 
 
2.3 酚醛树脂构造剖析
 
 
分解的酚醛树脂正在3360 cm( -OH)四周和1596cm 1(苯基)处均有强吸取峰正在757cm -1处酚环以邻位2邻位体式格局联合有一强吸取峰[2] ,能够初步判断上述四种分解产品均为热固性酚醛树脂。
 
正在1153cm -1处吸取峰很小,阐明分子结构中险些不存在醚键 -CH2 -O-CH2 -,3360 cm -1处苯环上-OH的伸缩振动吸取峰,1234 cm -1处酚羟基的P-Oh伸缩振动吸取峰注解分解历程中酚羟基不到场回响反映。产品的分子结构能够用式(1)示意
 
  由酚醛树脂红外光谱图上羟甲基的吸取带 (1015 cm 1)和苯基的吸取带(1596 cm 1)处的吸光强度 ,能够计算出酚醛树脂的羟甲基指数[3,4] :
 
GPC剖析:接纳Waters1515、2414型GPC剖析仪对正在差别中温反应时间下分解的树脂检测效果睹 Fig. 2。由Fig. 2可知,跟着分解过程中中温回响反映阶段,酚醛树脂预聚体的分子量增大, M. zPM w的比值加大,即结构式  (1)中的n值增大,树脂的回响反映活性低落。
 
  聚速、黏度、固含量、游离醛、游离酚理化目标检测效果取剖析:差别反应时间合成树脂的散速、黏度、固含量、游离醛、游离酚理化目标检测效果及羟甲基指数、GPC 测试效果对照汇总于Tab. 2 。跟着分解反应时间的延伸,酚醛的黏度增大、游离醛和游离酚低落、残碳率略有增添、分解产品散速减小,即树脂的回响反映活性低落,取2. 1. 1 节、2. 1. 2 节剖析相对应。这些机能的改动,是由树脂的分子结构和分子量散布决意的。因而,关于具有高邻位构造的可发性热固性酚醛树脂,分子量、分子量疏散系数的巨细,能够作为其化学反应活性评判的根据,即.Mw < 400 、.Mz P.Mw < 1160为下活性,适用于高压喷涂; .Mw > 480 、.Mz P.Mw > 1180为低活性,适用于大块模发;介于二者之间为中活性, 适用于高压一连灌注成型泡沫塑料。
 
2.4影响热固性酚醛树脂回响反映的主要因素
 
 1.催化剂
    常用的催化剂有NaOH、Ba(OH)2、NH40H和碳酸钠等。NaOH是感化最强的催化剂,因而应用时接纳较低的浓度(0.1%),其特性是它对加成反应有很强的催化效应,初始缩聚物正在回响反映介质中具有很强的溶解性。其瑕玷是NaOH催化的树脂中游离碱含量下,使树脂的光彩、耐水性、介电机能等较差。因此一般正在脱水枯燥历程顶用强有机酸(乳酸、苯甲酸、草酸等)去停止中和。
 
 
    Ba(OH)2•8H2O的碱性较强,是较为和缓的催化剂,应用时接纳较大的浓度(1%~5%),也常与其他催化剂一同运用。缩聚完毕后,一样平常用C02便可使之中和,正在终究树脂产品中残余的不消融的惰性钡盐不会影响树脂的介电机能和化学稳定性。
    NH4OH一般运用其25%的水溶液,正在热固性酚醛树脂中运用最广,其量为苯酚的1.5%阁下为好。回响反映中它取甲醛缩合成乌洛托品(六亚甲基四胺,HMTA),因而也可用HMTA替代NH4OH。NH4OH是弱碱,催化机能和缓,因而生产过程轻易掌握,同时残留的催化剂也轻易撤除,可进步树脂的介电机能。瑕玷是正在热压时,正在模压(或层压)成品中放出氨而发作收缩征象。
 
 
    2.质料比的影响
    消费热固性酚醛树脂,质料酚和醛的实际用量靠近摩尔比F:P=1.5:1,可得到幻想的交联体,但实际上甲醛每每稍缺乏,以便于树脂的消费和加工。树脂机能将随配比的转变而转变,跟着醛量的增添,可进步树脂的滴点、黏度、软化速度和树脂的收率,同时游离酚含量削减
    用作模塑粉和层压塑料用的热固性酚醛树脂,一般是接纳等物资量的甲醛和苯酚或甲醛过量不多,比方为7:6条件下缩聚的。
 
3.质料化学构造的影响
    热固性酚醛树脂常用种种酚取甲醛分解,不同类型的酚取甲醛回响反映活性差别,酚类的性子对热固性酚醛树脂的缩聚反应速度和树脂的固化速度有很大的影响,正在树脂构成阶段,缩聚反应速度不只取质料酚的官能度有关,并且借取酚的构造有关,凡是能对苯环上的羟基或对位的氢原子起活化感化的庖代基都邑使缩聚反应速度增大,庖代酚的活性按以下递次递加(以苯酚的反应速度为“1”计)。
 
 
       3,5-二甲酚>间甲酚>2,3,5-三甲酚>苯酚>3,4-二甲酚>邻甲酚>2,5-二甲酚>2,6-二甲酚
          (0.8)             (2.9)            (1.5)             (1.9)         (0.8)               (O.8)           (O.7)           (O.2)   
 
    若酚羟基的邻位或对位庖代后,因为酚环的活性点削减,一般只能造得热塑性树脂,难于固化。正在产业上常用去分解酚醛树脂的其他酚类有甲酚、对叔丁基酚和对苯基酚等,用对叔丁基酚和对苯基酚制备的热固性酚醛树脂,正在干性油中有较好的消融机能,常用去制备涂料。
 
     除甲醛中,借可用糠醛、乙醛等醛类化合物消费热固性酚醛树脂。相比之下,糠醛果构造中不唯一醛基另有双键,以是回响反映活性较大。乙醛的回响反映才能低于甲醛,生产过程较易掌握。
 
3.聚丙烯腈基碳纤维加强热固性酚醛树脂
 
聚丙烯腈基碳纤维加强热固性树脂复合材料指的是由碳纤维做加强体,热固性树脂作为基质的一类复合材料,是现在运用最为普遍的树脂基复合材料。
 
3.1 聚丙烯腈基碳纤维加强热固性酚醛树脂道理
 
预浸料    正在复合材料成形中,很多状况下皆需求运用预浸料。一般预浸料指的是由纤维(一连单向纤维、织物等)浸渍树脂后获得的半干态,具有肯定黏性的片状质料。预浸料按纤维物理形状差别,可分为单向纤维预浸料和织物预浸料。单向纤维预浸料可按运用要求对纤维加强复合材料停止铺层设想,调解预浸料纤维偏向、单层厚度和层数,可优化复合材料机能。织物预浸料的长处是便于铺叠操纵。凭据浸渍树脂的情势,预浸料的制备可分为湿法和干法。干法消费的预浸料挥发分含量低,用它制备的纤维加强复合材料孔隙少,力学性能好。
 
因为接纳预浸料正在工艺和力学性能方面均有很多长处,以是用预浸料制造的纤维加强复合材料制件愈来愈多,80%以上的冰纤维加强复合材料都是接纳预浸料制造的。
 
多向编织手艺    应用多向编织手艺可实现的纤维编织物包孕:种种截面的型材,差别情势的板材和庞大多少外形的纤维编织物。多向编织手艺以至可按现实零件的庞大外形制成整体织物和正在差别偏向加筋情势的三背四背……七背织物。多向纤维编织物可应用差别成形手艺成形终究制件。多向编织复合材料的最大特性是具有高度的整体性和力学构造合理性等(睹碳纤维多向编织物)。
 
热固性酚醛树脂复合材料成型工艺    碳纤维加强热固性树脂复合材料的成型工艺包孕:袋压成型、模压成型、纤维环绕纠缠成型、推挤成型、树脂通报成型和收缩弹性模成型。
 
袋压成型    包孕压力袋、真空袋和真空袋一热压罐成型法。最大长处是仅用一个模具便可得到外形庞大、尺寸较大、质量较好的制件。真空袋一热压罐法是消费下质量纤维加强复合材料制件的重要要领。根基工艺历程是将预浸料按尺寸裁剪、铺贴,然后将预浸料叠层和其他工艺辅助材料组合在一起,组成一个真空袋组合体系,正在热压罐中于肯定压力和温度下固化成型成终究制件。因为袋内抽真空,以是能扫除物料内的氛围及挥发物,从而得到低孔隙含量的下机能复合材料制件。
 
模压成型    适用于生产量大,尺寸要求准确的成品。模压成型的模具由阴、阳模两局部构成,二者婚配构成一个成品成型腔。正在模压成型复合材料中,加强质料一样平常为短切纤维毡、一连纤维毡和织物。
 
纤维环绕纠缠成型    那一手艺重要用于消费种种扭转截面制件,如筒、罐、管、球、锥等。别的,飞机机翼及翼梁、机身等非圆形件也可用环绕纠缠法消费。环绕纠缠成型包孕纤维环绕纠缠成型和预浸带环绕纠缠成型。前者是纤维正在环绕纠缠到模芯前经由过程一个树脂槽浸胶。模芯络续天迁移转变,纤维经由喂纱嘴以差别速度高低挪动以使纤维能环绕纠缠正在模芯的恰当位置。环绕纠缠产物的一个典范例子是火箭发动机,它的基本要求是:内外面尺寸精度要下、质量沉、构造整体性好和本钱低。预浸带环绕纠缠成型运用预浸带替代纤维,因为运用了预浸带从而可更有效地掌握制件中树脂散布和纤维体积含量,也使全部制造历程更干净。
 
环绕纠缠工艺的几个主要工艺参数是环绕纠缠张力、环绕纠缠角、环绕纠缠速度及树脂固化前提等。
 
推挤成型    用于连续生产纤维复合材料型材。重要历程是依托牵引将原材料经由过程一定型里的加热模,完整复合、成型和固化。推挤成型工艺简朴、效力下。推挤法制备制件时,加强纤维沿轴向平行分列,能有效地应用其强度,接纳纤维毡加强质料可制备各向同性制件,接纳编织带可进步制件的横向强度。推挤成型的要害是固化的掌握。固化回响反映放热峰泛起太早制件易开裂、翘曲;泛起太迟,制件固化不完全,易分层。那取决于型材外形和加热体式格局,推挤速度正在1.5~60m/h。
 
树脂通报成型    包孕压力通报、真空通报和压力真空通报成型。重要是经由过程真空或(和)外压使树脂进入密封模具浸渍纤维,固化得到制件。树脂通报成型中接纳的加强体一样平常为纤维织物或纤维毡。树脂重要为聚酯和环氧,工艺黏度应掌握正在300~600Pa•s。
 
树脂通报的长处是制件外面很润滑,尺寸精度下和重复性好和可准确天掌握加强质料含量。
 
收缩弹性模成型稀奇适用于庞大构造的纤维加强复合材料制件的整体成型。它是靠弹性模的热膨胀发生和通报压力。可分为闭模法和半闭模法。收缩弹性模具重要由刚性中模和弹性芯模组成。外模常为金属模,芯模常接纳收缩硅橡胶。
 
热固性复合材料的特性    包孕以下方面的特性。
 
力学性能碳纤维加强热固性酚醛树脂树脂复合材料是复合材料中生长最敏捷、运用最普遍的一类复合材料。它的凸起长处是比强度及比模量高。因而冰纤维加强热固性树脂复合材料制件正在强度和刚度雷同的状况下,构造重量能够减轻,尺寸比金属件小。复合材料力学性能根据加强质料的情势、数目等的转变而转变。表2给出了几种单向冰纤维和织物加强复合材料的力学性能。
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各向异性及机能可设想性   碳纤维加强复合材料的一个凸起特性是各向异性和不均匀性。其纵向机能和横向机能相差甚大,拉伸取紧缩也不雷同。能够经由过程调解复合材料的铺层序次、纤维分列偏向得到最好的构造效力,知足既定要求,从而实现制件的优化设想,做到平安牢靠,经济公道。
 
优越的抗委靡特性    委靡特性指的是质料正在交变载荷感化下,因为裂纹的构成和扩大而发生的低应力损坏。正在纤维加强复合材料中存在很多纤维/树脂界面,这些界面能阻挠裂纹进一步扩大,从而推延委靡损坏的发作。复合材料正在运用历程中,纵然过载而形成少许纤维断裂,其载荷也会敏捷从新散布到已损坏的纤维上,如许正在短期内不会使全部构件损失承载才能,显现出复合材料构造的优越损坏安全性。
 
成型工艺性    纵然是构造外形庞大的大型制件,应用纤维加强复合材料也能够一次成型。纤维加强复合材料的那一特性使部件中的零件数量显着削减,制止了讨论过多,明显低落了应力集中,削减了制造工序和加工量,大量节约原材料。
 
耐腐蚀性好   碳纤维加强热固性复合材料是一种新型的耐侵蚀质料。能正在酸、碱、盐和有机溶剂等化学介质中长期事情。
 
3.2 聚丙烯腈基碳纤维加强热固性酚醛树脂复合材料的运用
 
  航空航天产业    先辈冰纤维加强热固性复合材料问世以来,正在航空航天产业的运用阅历了从非承力件到主承力件的过渡,比方从受力不大的运动里,前机身装备舱门到受力较大的垂直安宁里,和主承力的机翼、机身。航空航天产业中运用的复合材料一样平常为一连纤维加强的层压构造质料,比方F一18的起落架舱门和方向舵,波音737的程度安宁里,波音747的地板和发动机进气机匣。

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运动器材方面的运用    冰纤维复合材料的下比强度、比刚度和优秀的耐委靡机能使其正在一些运动器材方面得到了运用(见图)。这些包孕自行车架、赛艇、皮划艇、摩托车、滑雪板、高尔夫球棍、网球拍、标枪、撑杆跳杆、钓鱼竿、冲浪板、滑水板、冰球杆、雪橇等。
 
汽车工业方面的运用    冰纤维复合材料正在汽车方面的运用包孕:冰纤维复合材料传动轴和车身弹簧。冰纤维复合材料传动轴接纳湿法环绕纠缠而成,正在蜿蜒和改变强度及刚度雷同的状况下,质量只是钢传动轴的二分之一。以冰纤维复合材料制成的车身弹簧重量低落25%。因为碳纤维复合材料的下抗委靡机能,因而它的使用寿命更长。运用短切炭纤维加强复合材料制成的“福特40”车身,它能够加重40%。因为刚性的进步,使其正在高速下仍能连结气动形状。固然因为本钱方面的题目,冰纤维复合材料替代金属材料的汽车部件,现在其实不非常普遍。但已有研讨注解,能够运用复合材料替代金属材料的汽车部件借包孕车门、机罩、车轮和大梁等。
 
其他方面的运用    正在生物工程方面有种种冰纤维复合材料如韧带、人工关节和接骨夹板等。冰纤维复合材料假肢可将重量低落并提供充足的强度和耐久性。因为冰纤维复合材料对x光的吸收率低,从而正在x射线医治装备中获得运用。另外,冰纤维复合材料正在船舶、修建等范畴也有相称的运用。
 
 3.3 结论
 
   正在成型热固性酚醛树脂复合材料历程中,由聚丙烯腈碳纤维做加强体,热固性酚醛树脂树脂作为基质,使复合材料正在各向异性及机能可设想性、优越的抗委靡特性、成型工艺性、耐腐蚀性、阻燃性方面均有差别的进步,从而处理复合材料正在运用历程存在的种种缺点。
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