碳纤维／钛超混杂复合材料老化性能研究

230研究与探索Research and Exploration ·理论研究与实践

中国设备工程 2020.10 (上)目前，生产和销售的产品结构采用玻璃钢（复合材料，主要成分是树脂和玻璃纤维）箱体，其导热系数为0.4W/（nk），密度为2.3g/cm，且具备较高的拉伸强度，是一种综合性能优异的复合材料。随着材料技术的不断更新发展，市场对于轻量化需求日益突出，然而，在现有玻璃钢材料基础上，其结构形式已无法实现更高的减重目标。碳纤维复合材料具有质轻、比强度高、比刚度大、抗疲劳好、减震性好等特点，本文将对不同铺层结构的碳纤维复合材料进行分析，结合产品进行轻量化设计应用研究。1 碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料（CFRP）通常以碳纤维为增强体，热固性树脂（以环氧树脂居多）为基体制备的复合材料，纤维承担了大部分负载，并且是材料性能的主要贡献者。而树脂有助于在纤维之间转移载荷，防止纤维弯曲，并将材料黏合在一起。碳纤维增强板具有显著的高比强度和高比模量，使其成为航空航天、汽车工业等轻量化、高性能应用的首选。碳纤维性能优异，与金属材料相比，在力学性能上有着明显优势，如表1所示。碳纤维材料一般不单独使用，通常用于复合材料的增强体，并起到承载负荷的作用，而基体材料主要用于传递应力。碳纤维增强复合材料及其应用研究韩艳霞（凯迈（洛阳）测控有限公司，河南 洛阳 471003）摘要：铺层碳纤维增强复合材料（以下简称碳纤维复合材料）以其质轻、力学性能优异、抗疲劳及减震性能好等诸多特性，成为实现产品轻量化、提升产品性能的理想材料。本文针对碳纤维复合材料的铺层设计，通过有限元仿真分析及试验验证，对材料力学性能进行研究，进而实现碳纤维复合材料在产品中的应用，以实现产品轻量化及提高力学性能。关键词：碳纤维复合材料；铺层；产品；轻量化中图分类号：TQ343.4;TB332 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）10（上）-0230-02碳纤维通过与不同的基体材料复合，可以形成不同种类的复合材料，其中CFRP、C/C复合材料、CFRM、CFRC和CFRR是最常见的几种复合材料，应用最广泛的是碳纤维增强树脂基复合材料。2 碳纤维复合材料铺层设计碳纤维复合材料是将各向异性的碳纤维层与基体材料按照一定的顺序和角度叠在一起，然后，通过一定的工艺使各铺层紧密贴合在一起。各纤维层的铺设角度、铺层顺序可任意设定，其力学性能与材料的铺层方式有着密切的联系。2.1 铺层原理（1）本研究采用环氧树脂为基体进行碳纤维铺层，铺层原理如下所述：通常的标准铺层角度为0°、±45°、90°；（2）采用足够多的铺层，并使其纤维轴线与内力拉压方向一致时，可以最大强度利用复合材料的高强度特性；（3）避免相同纤维取向的铺层叠置；（4）对于较厚的层合板，相邻铺层纤维角度比一般不超过6°；（5）铺层中以0°、±45°、90°的四种铺层角度，每种占比应不少于10%，以避免任何方向的基体直接受载；（6）载荷0°方向时，避免采用90°的层组，应该用表1　碳纤维复合材料与其他材料性能及优缺点对比材料密度/（g/m3）抗拉强度/GPa拉伸模量/GPa优点缺点铝合金2.80.4775制造技术成熟，物理性能优良承载能力，耐高温性能较弱钛合金4.50.96114热膨胀系数低，可塑性良好，耐腐蚀成本较高，比重较大高强钢7.81.08210制造技术成熟，耐蚀性性好，成本低机械性能较弱，强度偏低碳纤维1.5～22.0～7.0200～700力学性能优异，轻量化程度高成本高，加工工艺复杂烦琐玻璃纤维1.4～2.51.542优秀低绝缘、高低温及抗腐蚀能力，价格较低性脆，耐磨性较差保各部分的建设情况能够严格按照施工设计要求落实。 5 结语对于高速公路交通机电设备技术的研究，需要基于当前机电设备技术的实际应用情况进行，才能够使研究具有现实意义。本文对机电设备技术的实际应用情况进行深入分析后，加强了对机电设备技术管理现状和技术要点的了解，能够为机电设备设计提供更多的应用参考。提出的加强机电设备技术建议，能够为机电设备技术更好的应用提供参考思路，促进高速公路交通机电设备技术的发展。 参考文献：[1]王振业. 基于高速公路交通机电工程设备技术研究[J]. 智库时代，2018, 163(47):130+135.[2]田亚南. 浅谈高速公路交通机电工程的日常维护[J]. 黑龙江交通科技，2018, 041(006):199-200.[3]黄俭让. 关于高速公路交通机电工程管理的探析[J]. 数字化用户， 2018, 024(006):98.

碳纤维增强树脂基复合材料紫外老化机理及寿命预测

时中猛;邹超;周飞宇;赵建平

【期刊名称】《压力容器》

【年(卷),期】2022(39)5

【摘 要】通过荧光紫外灯人工加速老化方法模拟自然光对碳纤维/环氧树脂复合材料的紫外老化,探究紫外老化时间、温度(50,60,70℃)对碳纤维复合材料的影响。利用XPS,SEM对辐照表面进行结构表征,通过动态热机械分析(DMA)、拉伸、压缩对复合材料的动态和静态力学行为进行测试。结果表明,随着紫外老化时间的增加,复合材料表层纤维与树脂的粘结变差,表面产生了大量的含氧基团,且温度越高,紫外老化程度越剧烈。紫外老化会使复合材料的力学性能产生退化,老化前期拉伸、压缩强度下降较快,老化后期趋于平缓,并基于老化动力学模型建立了紫外老化情况下树脂基复合材料的寿命预测模型。

【总页数】9页(P8-15)

【作 者】时中猛;邹超;周飞宇;赵建平

【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院;江苏省极端承压装备设计与制造重点实验室

【正文语种】中 文

【中图分类】TH145;O434.2;TQ317.6

【相关文献】 1.紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响2.湿-热-载荷共同作用下碳纤维增强环氧树脂基复合材料老化性能研究3.碳纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究进展4.湿热-高温循环老化对碳纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响5.紫外老化对快速固化碳纤维增强环氧树脂基复合材料性能影响

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《碳纤维复合材料汽车保险杠的研究》

一、引言

随着科技的不断进步，汽车工业也正在发生翻天覆地的变化。碳纤维复合材料作为现代高科技的代表，其在汽车工业中的应用也愈发广泛。作为汽车的重要组成部分，保险杠不仅承担着车辆安全保护的责任，也与车辆的外观美感息息相关。本文将深入探讨碳纤维复合材料在汽车保险杠中的应用及其优势。

二、碳纤维复合材料概述

碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体组成的复合材料。其具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车等众多领域。在汽车工业中，碳纤维复合材料的应用不仅有助于降低车辆重量，提高燃油效率，还能提高车辆的安全性能和整体美感。

三、汽车保险杠的演变与现状

汽车保险杠作为车辆安全保护的重要部件，其发展经历了从金属材料到复合材料的转变。传统的金属保险杠重量较大，容易生锈腐蚀，对行人和车辆的安全保护效果有限。而碳纤维复合材料的应用为保险杠的改进提供了新的可能性。

四、碳纤维复合材料汽车保险杠的优势 （一）轻量化：碳纤维复合材料具有较高的比强度和比模量，使得保险杠的重量大大降低，有助于提高车辆的燃油效率和操控性能。

（二）安全性：碳纤维复合材料具有优异的吸能性能，能够在碰撞过程中吸收更多的能量，为乘客提供更好的保护。同时，其良好的抗冲击性能也有助于减少对行人的伤害。

（三）耐腐蚀性：碳纤维复合材料具有优异的耐腐蚀性能，能够有效抵抗酸雨、盐雾等环境的侵蚀，延长保险杠的使用寿命。

（四）美观性：碳纤维复合材料具有独特的外观和质感，能够提升车辆的整体美感。

五、碳纤维复合材料汽车保险杠的制造工艺

制造碳纤维复合材料汽车保险杠的主要工艺包括材料准备、模具设计、铺层设计、固化成型等步骤。其中，铺层设计和模具设计是关键环节，直接影响到最终产品的性能和外观。在制造过程中，需要严格控制温度、压力、时间等参数，以确保产品的质量。

六、碳纤维复合材料汽车保险杠的应用前景

随着科技的不断进步和环保理念的普及，碳纤维复合材料在汽车工业中的应用将越来越广泛。碳纤维复合材料汽车保险杠作为一种具有优异性能的新型保险杠，将逐渐取代传统的金属保险杠，成为未来汽车保险杠的主要发展方向。同时，随着制造工艺的不断改进和成本的降低，碳纤维复合材料汽车保险杠将更加普及，为消费者提供更多选择。 七、结论

碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究

碳纤维复合材料是一种具有高强度、轻质、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能的材料，广泛应用于航空、航天、汽车、轨道交通、船舶等领域，成为新一代高性能材料。然而，碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究一直是研究的热点和难点之一。本文将分析碳纤维复合材料的实物强度与模拟仿真研究现状，并展望未来。

一、碳纤维复合材料的实物强度研究

1. 实物试验

实物试验是研究碳纤维复合材料实物强度的重要方法。通过实物强度试验，可以获得材料的实际强度和断裂韧性等基本性能指标。根据试验方法的不同，可以分为单轴拉伸试验、双向剪切试验、缩径拉压试验、冲击试验等。

单轴拉伸试验是最常用的实物试验方法，通过拉伸试验机将样品施加单向拉伸力并测量应力-应变曲线，从而得到材料的拉伸强度、屈服强度、弹性模量和拉伸应变能等指标。缩径拉压试验可以获得材料在径向压缩和拉伸状态下的强度和变形行为，适用于研究压缩和拉伸异向性。冲击试验则可以模拟材料在受到冲击载荷时的响应，研究材料的韧性和抗冲击性能。

2. 实物强度影响因素

碳纤维复合材料的实物强度受多种因素影响。材料的纤维类型、体积分数和层叠方式对材料强度有很大影响。纤维和基体之间的界面粘结力也是影响强度的重要因素。此外，加工过程中的处理方式和温度等因素也会对材料强度造成影响。

3. 实物强度研究进展

随着复合材料在工业领域的广泛应用，实物强度研究也得到了长足发展。目前，国内外研究机构多采用复合材料的细观结构分析和材料力学性能测试相结合的方法进行研究。此外，利用样本的数字化设计和孔洞、缺陷等不良状态的模拟，并通过计算机仿真技术对碳纤维复合材料的实物强度进行研究也越来越成为趋势。

二、碳纤维复合材料的模拟仿真研究

1. 模拟仿真原理

模拟仿真技术是一种基于数值计算方法的虚拟试验方法，能够通过计算机模拟材料受载情况，并得到物理量的计算结果，如材料应力、变形、破坏等。这些计算结果可以帮助研究人员更好地了解材料的性能特点和响应规律。