先进纤维增强复合材料性能测试(高性能纤维增强复合材料)

海潮机械 2023-01-20 07:11 编辑:admin 193阅读

1. 高性能纤维增强复合材料

复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合材料应用广泛,主要在基础建设和建筑工程领域、交通运输领域、汽车复合材料、能源与环保领域、航空航天领域。其中,风电、高铁和汽车、高温气脱硫、军工用复合材料是发展热点领域。

高性能复合材料顾名思义,就是性能较高的复合材料。

按照合成的原料不同,高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等,其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维,而碳纤维尤其值得关注。

据美国市场研究机构提供的数字,2015年前,全球碳纤维市场需求将保持13%的增长,而我国对碳纤维的需求增速却明显快于全球。据估计,至2015年,我国对碳纤维总体需求将达1.6万吨。而根据新材料产业规划,“十二五”末我国碳纤维产能为1.2万吨。

而目前碳纤维新材料已进入快速扩张期,未来航天航空、油气开发、汽车、电子等领域将带动碳纤维材料需求大幅增长。据了解,日、美、德等国技术垄断集中度较高,原丝、炭化等关键环节由日、美等国控制,其中,小丝束碳纤维生产基本上被东丽、东邦和三菱等日本企业所控制,三者市场占有率达到70%左右,大丝束则主要由美国卓尔泰克、德国西格里和日本东邦控制,市场占有率为80%左右。

2. 纤维增强复合材料的性能

1、复合材料的比强度和比刚度较高。材料的强度除以密度称为比强度;材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻,而强度和刚度大。这是结构设计,特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的比例。

2、复合材料的减振性能良好。纤维复合材料的纤维和基体界面的阻尼较大,因此具有较好的减振性能。用同形状和同大小的两种粱分别作振动试验,碳纤维复合材料粱的振动衰减时间比轻金属粱要短得多。

3、复合材料的抗疲劳性能良好。一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40~50%,而某些复合材料可高达70~80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始,逐渐扩展到纤维和基体的界面上,没有突发性的变化。因此,复合材料在破坏前有预兆,可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼,其疲劳寿命比用金属的长数倍。

4、复合材料的成型工艺简单。纤维增强复合材料一般适合于整体成型,因而减少了零部件的数目,从而可减少设计计算工作量并有利于提高计算的准确性。另外,制作纤维增强复合材料部件的步骤是把纤维和基体粘结在一起,先用模具成型,而后加温固化,在制作过程中基体由流体变为固体,不易在材料中造成微小裂纹,而且固化后残余应力很小。

3. 高性能纤维及复合材料制造

高性能竹基复合材料性能分析及其在 建筑上应用展望依托中国林科院专利技术制造的高性能竹基纤维复合材料,俗称为“竹钢”的新材料。

4. 纤维增强复合材料性能特点

增强材料就象树木中的纤维,混凝土中的钢筋一样,是复合材料的重要组成部分,并起到非常重要的作用。例如在纤维增强复合材料中,纤维是承受载荷的组元,纤维的力学性能决定了复合材料的性能。复合材料中的增强材料就其形态而言,主要有纤维及其织物、晶须和颗粒。就其组成的性质而言又可分为有机增强材料、金属增强材料和无机非金属增强材料。

5. 高性能纤维增强复合材料试验

江山纤维科技有限公司是中国专业高性能复合材料制造商,注册资金5500万元。起步于土木建筑行业,成长于碳纤维体育用品行业,强势进军高铁、汽车、风电、压力容器等工业领域。

公司为中国碳纤维及复合材料产业发展联盟发起人、国际先进材料与制造工程学会会员单位,山东新材料协会理事单位。

江山公司以东华大学、聊城大学、山东大学等高校作为技术依托,充分发挥自身科研技术优势,紧密将高校技术优势与实际运用相结合,研发出系列拥有自主知识产权的产品,并获得多项发明专利与实用新型专利。

公司拥有多个自主品牌,旗下鑫硕®品牌专业从事土木工程加固新材料研究开发、生产、销售及技术服务。鑫硕®品牌拥有20多个产品,涵盖高性能纤维、单/双向编织物、拉挤板、网格布等增强材料和碳纤维浸渍树脂、碳板胶、粘钢胶、桥梁专用拼接胶等环氧改性基材。

方时®和江山®两个品牌专业从事体育休闲、风力发电、工业自动化、轨道交通、汽车轻量化、压力容器等领域高性能纤维复合材料的新产品研发、销售及技术推广。

两个品牌拥有30多种规格产品,涵盖编织预浸料、单向预浸料、复合角度预浸料、功能型预浸料三大体系,增强高性能纤维包括碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、高强玻纤、石英纤维等。

独立研发的FRD系列匹配的树脂体系,推出了“高强高韧”“无卤阻燃”“高强高模”“高透明性”“耐高温性”“低温/快速固化”“高透波”等系列环氧复合树脂材料将纤维和树脂性能发挥到极致,专业解决客户一直纠结的适配性难题。

几年的努力取得技术的突破、市场的认可,良好的经济效益,江山®品牌也成为省级名牌产品,公司技术中心也顺利通过市级企业技术中心、市级高新技术企业以及市级工程技术研究中心的评审。

目前,公司年生产能力,碳纤维拉挤板50万㎡,双向编织物布80万㎡,碳纤维单向织物200万㎡,高性能(碳纤维、芳纶纤维等)纤维预浸料1000万㎡。 截止目前,获得9项授权实用新型专利;1项外观设计专利;已受理9项实用新型专利;已受理3项发明专利。公司通过了“ISO9001国际质量管理体系”认证,相关产品通过欧盟第1907/2006号REACH法规、RoHS、EN45545(铁路应用——轨道车辆消防保护“阻燃预浸料”)、TCO等多项权威认证。

6. 高性能纤维增强复合材料有哪些

1、玻璃纤维:目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面,近年来民用产品也有广泛应用,如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。

2、碳纤维:碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到广泛应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域大规模采用工业级碳纤维。

3、芳纶纤维:芳纶纤维比强度、比模量较高,因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件(如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等)、舰船(如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等)、汽车(如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等)以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、热塑性树脂基复合材料:热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的,主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同,树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料,纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。扩展资料复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。1、结构复合材料是作为承力结构使用的材料,基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成。增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属以及天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等,基体则有高聚物(树脂)、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。2、功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成,基体不仅起到构成整体的作用,而且能产生协同或加强功能的作用。功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如:导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料可以具有多种功能。同时,还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。

7. 高性能纤维复合材料的研究进展

第一名

东丽(中国)投资有限公司

始于1926年日本,以纤维、塑料产业为基础,专业从事水处理/复合材料/电子情报材料等领域的综合型化学。

第二名

帝人(中国)投资有限公司

日本化工巨头帝人集团旗下,全球专业的碳纤维产品制造商,针对不同应用和行业提供创新解决方案和高性能产品。

第三名

西格里特种石墨(上海)有限公司

全球知名的碳素石墨材料以及相关产品的制造商,拥有从碳石墨产品到碳纤维及复合材料在内的完整业务链。

第四名

三菱化学控股管理(北京)有限公司

日本大型综合性化学集团,由三菱化学、田边三菱制药、生命科学、日本酸素控股等骨干事业集团公司组成,产品分为功能性商品、健康保健产品和素材。

第五名

威海光威复合材料股份有限公司

光威复材成立于1992年,隶属于威海光威集团,是致力于高性能碳纤维及复合材料研发和生产的高新技术企业,形成了从原丝开始的碳纤维、织物、树脂、高性能预浸材料、复合材料制品的完整产业链布局。