碳纤维复合材料基础知识

一、复合材料（Composite Material）的定义
        由两种或两种以上不同材质所制成的材料叫做复合材料。
      纤维（Fiber）

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补强材：提供复材绝大部分的强度（strength）及强性模数（Modulus）即复材的机械性能主要取决于所使用的纤维。
基材（ matrix）
基材的功能
传送或分散应力至每根纤维上
固定纤维所需的排列方向
（1）    保护纤维免受摩擦或外界的侵蚀破坏
（2）    结合各纤维免受应力的破坏或变形
2、    分类：
可分为热固性树脂（Thermosetting）和热塑性树脂(Thermoplastic)两大类。
热固性树脂主要包括不饱和聚酯（UP）、环氧树脂（Epoxy）及聚亚酰胺树脂（Polyimide 、BMI）
热塑性树脂主要包括：PE、Polysnfone等高性能工程塑胶。
碳纤维的特性与功能
（一）    碳纤维和其它补强材的机械性能比较

复合材料的补强材料有玻纤、碳纤、硼纤、碳化矽、铝、芳香族的等各种相位，在选用补强材料时，首先是根据抗拉强度和抗拉弹性系数加以决定，对航空、航天等机具，重量对其性能影响极大，也就是轻强度特性极为重要，强度和弹性系数分别除以比重的比强度和比弹性大者，是航太工业所追求的材料，玻纤的弹性系数为70-80Gpa，东洋纺织公司所开发的可达，硼、碳化矽、氧化铝等无机纤维的弹性系数为200-400，碳纤维为不等。
（二）    不同类碳纤维的性能比较
碳纤维是由六个具有SP2轨道的碳原子构成平面则会形成和石墨类似的结晶构造，结晶若沿着纤维轴理论强度为180Gpa,理论弹性系数为1020Gpa，目前碳纤实测强度以结晶(whiskwer)的21 Gpa最高，弹性系数则以UCC公司Pitch类碳纤维试验品的965Gpa最高。
碳纤维化复合材料的优缺点
优点： 本文来自123
（1）    强度和弹性系数高、比重小
（2）    疲劳强度高
（3）    比金属的震动衰减性好
（4）    潜变小
（5）    耐摩耗性佳，摩擦系数小
（6）    热的扭安定性良好
（7）    极低温度下的热传导性小
（8）    耐腐蚀及耐化学性优异
（9）    具有导电性但为非磁性体
（10）    X光射线的透过性大
（11）    具有电波的遮蔽性
缺点：
（1）    破坏伸度小，有剪断或钻孔时，静力强度就会大幅度下降，而且耐冲击强度低；
（2）    和纤维方向相比，非纤维方向及层间的物性低落，在最后破坏前和纤维方向成90度的横方向会龟裂，受冲击时会产生层间剥离，因此受冲击后残存强度低落； 123456
（3）    在吸湿情况下，高温时的物性低落。 本文来自123

纤维强化复合材料中纤维作用 : 
    承受主要负载
    限制微裂纹延伸
    提高强度与刚性
    改善抗疲劳性、抗潜变性
    提高材料使用寿命与可靠性
纤维强化复合材料中基材作用 : 
    传送应力 , 分散应力
    固定纤维方向
    决定复材的电气特性、化学性质
    决定复材最高使用温度