Композит из углеродного волокна
Композит с матрицей из смолы, армированной углеродным волокном, представляет собой новый тип материала, который изготовлен из органического полимерного материала в качестве матрицы и углеродного волокна в качестве армирования посредством композитного процесса и имеет значительно лучшие характеристики, чем исходный компонент. «Он стал одним из наиболее важных авиационных конструкционных материалов благодаря своей высокой удельной прочности, высокому удельному модулю, сопротивлению усталости, коррозионной стойкости, прочной целостности конструкции, удобству для цельного литья на больших площадях и особым электромагнитным свойствам.
Матричные смолы, используемые в композитных материалах с матрицей на основе смолы, армированной углеродным волокном, в основном делятся на две категории: термореактивные смолы и термопластичные смолы. Термореактивная смола состоит из реактивного преполимера с низкой молекулярной массой или полимера с высокой молекулярной массой с активной группой. В процессе формования он сшивается и конденсируется под действием отвердителя или тепла с образованием нерастворимой сшитой структуры. Обычно используются эпоксидная смола, фенольная смола, бисмалеиновая фталеинаминная смола и т. Д. Термопластичная смола состоит из линейного полимера с высокой молекулярной массой, который растворяется и плавится при определенных условиях, и происходят только физические изменения. Обычно используются полиэтилен, нейлон, PEEK и т. д.
Распространенные материалы из углеродного волокна:
1. Композиты с керамической матрицей, армированные углеродным волокном
Керамика обладает отличной коррозионной стойкостью, износостойкостью, высокой термостойкостью и химической стабильностью и широко используется в промышленных и гражданских изделиях. Однако его фатальной слабостью является хрупкость, и он очень чувствителен к малозаметным дефектам, таким как трещины, поры и включения. Керамика, армированная углеродным волокном, может эффективно повысить ударную вязкость, изменить морфологию хрупкого разрушения керамики и предотвратить быстрое распространение и распространение трещин в керамической матрице. В настоящее время относительно зрелым керамическим материалом, армированным углеродным волокном, в стране и за рубежом является материал из карбида кремния, армированный углеродным волокном. Благодаря превосходным механическим свойствам при высоких температурах он не требует дополнительных теплоизоляционных мероприятий для работы при высоких температурах, поэтому он широко используется в авиационных двигателях, многоразовых аэрокосмических транспортных средствах и других областях.
2. Углерод/углеродные композиты
Углеродный / углеродный композит - это сокращение от композита с углеродной матрицей, армированного углеродным волокном, а также своего рода передового композита. Он состоит из углеродного волокна, ткани, тканого полотна и других композитов с армированной углеродной матрицей. Углеродные/углеродные композиты в основном состоят из различных типов углерода, а именно из волокнистого углерода, полимерного углерода и депонированного углерода. Этот тип композита, который состоит из элементов из чистого углерода, полностью разработанных и изготовленных искусственно, обладает многими превосходными свойствами. В дополнение к высокой прочности, высокой жесткости, размерной стабильности, стойкости к окислению и износостойкости, он также обладает высокой вязкостью разрушения и псевдопластичностью. Особенно в высокотемпературной среде он обладает высокой прочностью, не плавится, не горит и имеет только равномерную абляцию, что несравнимо с любым металлическим материалом. Поэтому он широко используется в высокотехнологичных областях, таких как ракетные боеголовки, сопла твердотопливных двигателей и тормозные диски самолетов.
3. Композиты с металлической матрицей, армированные углеродным волокном.
Композит с металлической матрицей, армированный углеродным волокном, представляет собой композитный материал с углеродным волокном в качестве армирующего волокна и металлом в качестве матрицы. По сравнению с металлическими материалами композиты с металлической матрицей, армированной углеродным волокном, обладают более высокими удельной прочностью и удельным модулем; По сравнению с керамикой обладает высокой ударной вязкостью и ударопрочностью. В качестве металлической матрицы в основном используют алюминий, магний, никель, титан и их сплавы. Среди них технология получения алюминиевых и магниевых композитов, армированных углеродным волокном, является относительно зрелой. Основная техническая трудность в производстве композитов с металлической матрицей, армированной углеродным волокном, заключается в покрытии поверхности углеродных волокон, чтобы предотвратить повреждение углеродных волокон в процессе компаундирования, что снижает общие характеристики композитов. В настоящее время модификация поверхности углеродных волокон в основном использует осаждение из паровой фазы, метод жидкого натрия и т. Д. При получении композитов с металлической матрицей, армированной углеродным волокном, но его сложный процесс и высокая стоимость ограничивают продвижение и применение композитов с металлической матрицей, армированной углеродным волокном.
4. Композит на основе цемента, армированного углеродным волокном
Цементные композиты, армированные углеродным волокном (CFRC), изготавливаются путем добавления углеродного волокна в цементную матрицу, которая называется армированным волокном бетоном. Добавление высокопрочного углеродного волокна в материалы на основе цемента является важной мерой для улучшения трещиностойкости, непроницаемости, прочности на сдвиг и модуля упругости цементных композитов, контроля распространения трещин, повышения стойкости к сильным щелочам и повышения деформационной способности.
Кроме того, углеродное волокно также обладает свойством демпфирования вибрации, которое может поглощать вибрационную волну и повышать сейсмостойкость и прочность на изгиб более чем в десять раз. Что более ценно, так это то, что углеродное волокно обладает проводимостью. Добавление его в цементную матрицу наделяет цементную матрицу интеллектом, что значительно расширяет область применения бетона.
Поверхность композита CFRC не растрескивается под нагрузкой. Его прочность на растяжение, прочность на изгиб и вязкость разрушения в несколько-десять раз выше, чем у без армирования, и его ударная вязкость также значительна. Длина углеродного волокна, используемого для рубленого цемента, армированного углеродным волокном, обычно составляет {{0}} нм, а диаметр - 7-20 мкм. Предел прочности при растяжении составляет от 0,5 до 0,8 ГПа. Прочность обычного цемента обычно составляет 11,76 МПа. Если добавить 15 процентов углеродного волокна по весу, прочность может достигать 245 МПа; При количестве примеси 20 процентов прочность может достигать 548,8 МПа.
Кроме того, по сравнению с обычным бетоном, CFRC имеет преимущества легкого веса, высокой прочности, хорошей текучести, сильной диффузии и высокого качества поверхности после формования. При использовании в качестве перегородки она на 1/2~1/3 тоньше, чем перегородка из обычного бетона, а ее вес на 1/2~1/3 легче. CFRC имеет множество спецификаций, среди которых бетон, армированный углеродным волокном, в основном используется для крыши, наружной стены, внутренней стены, пола, потолка и т. Д .; Длиннофибробетон используется в несущих элементах. Детали из него имеют стабильные размеры, а также обладают антистатическими, износостойкими, коррозионностойкими и другими свойствами. Поэтому исследования эффективности CFRC в последние годы быстро развивались.
источник: https://mp.weixin.qq.com/s/Y5MDhISUCvmcr5guRRpJSg