碳纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)知識

一、復(fù)合材料（Composite Material）的定義
        由兩種或兩種以上不同材質(zhì)所制成的材料叫做復(fù)合材料。
      纖維（Fiber）

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補(bǔ)強(qiáng)材：提供復(fù)材絕大部分的強(qiáng)度（strength）及強(qiáng)性模數(shù)（Modulus）即復(fù)材的機(jī)械性能主要取決于所使用的纖維。
基材（ matrix）
基材的功能
傳送或分散應(yīng)力至每根纖維上
固定纖維所需的排列方向
（1）    保護(hù)纖維免受摩擦或外界的侵蝕破壞
（2）    結(jié)合各纖維免受應(yīng)力的破壞或變形
2、    分類：
可分為熱固性樹脂（Thermosetting）和熱塑性樹脂(Thermoplastic)兩大類。
熱固性樹脂主要包括不飽和聚酯（UP）、環(huán)氧樹脂（Epoxy）及聚亞酰胺樹脂（Polyimide 、BMI）
熱塑性樹脂主要包括：PE、Polysnfone等高性能工程塑膠。
碳纖維的特性與功能
（一）    碳纖維和其它補(bǔ)強(qiáng)材的機(jī)械性能比較

復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)材料有玻纖、碳纖、硼纖、碳化矽、鋁、芳香族的等各種相位，在選用補(bǔ)強(qiáng)材料時(shí)，首先是根據(jù)抗拉強(qiáng)度和抗拉彈性系數(shù)加以決定，對航空、航天等機(jī)具，重量對其性能影響極大，也就是輕強(qiáng)度特性極為重要，強(qiáng)度和彈性系數(shù)分別除以比重的比強(qiáng)度和比彈性大者，是航太工業(yè)所追求的材料，玻纖的彈性系數(shù)為70-80Gpa，東洋紡織公司所開發(fā)的可達(dá)，硼、碳化矽、氧化鋁等無機(jī)纖維的彈性系數(shù)為200-400，碳纖維為不等。
（二）    不同類碳纖維的性能比較
碳纖維是由六個(gè)具有SP2軌道的碳原子構(gòu)成平面則會(huì)形成和石墨類似的結(jié)晶構(gòu)造，結(jié)晶若沿著纖維軸理論強(qiáng)度為180Gpa,理論彈性系數(shù)為1020Gpa，目前碳纖實(shí)測強(qiáng)度以結(jié)晶(whiskwer)的21 Gpa最高，彈性系數(shù)則以UCC公司Pitch類碳纖維試驗(yàn)品的965Gpa最高。
碳纖維化復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)： 本文來自123
（1）    強(qiáng)度和彈性系數(shù)高、比重小
（2）    疲勞強(qiáng)度高
（3）    比金屬的震動(dòng)衰減性好
（4）    潛變小
（5）    耐摩耗性佳，摩擦系數(shù)小
（6）    熱的扭安定性良好
（7）    極低溫度下的熱傳導(dǎo)性小
（8）    耐腐蝕及耐化學(xué)性優(yōu)異
（9）    具有導(dǎo)電性但為非磁性體
（10）    X光射線的透過性大
（11）    具有電波的遮蔽性
缺點(diǎn)：
（1）    破壞伸度小，有剪斷或鉆孔時(shí)，靜力強(qiáng)度就會(huì)大幅度下降，而且耐沖擊強(qiáng)度低；
（2）    和纖維方向相比，非纖維方向及層間的物性低落，在最后破壞前和纖維方向成90度的橫方向會(huì)龜裂，受沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生層間剝離，因此受沖擊后殘存強(qiáng)度低落； 123456
（3）    在吸濕情況下，高溫時(shí)的物性低落。 本文來自123

纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中纖維作用 : 
?    承受主要負(fù)載
?    限制微裂紋延伸
?    提高強(qiáng)度與剛性
?    改善抗疲勞性、抗?jié)撟冃?br /> ?    提高材料使用壽命與可靠性
纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中基材作用 : 
?    傳送應(yīng)力 , 分散應(yīng)力
?    固定纖維方向
?    決定復(fù)材的電氣特性、化學(xué)性質(zhì)
?    決定復(fù)材最高使用溫度