研究园地

浅谈碳纤维复合材料成型工艺技术

李一军

（陕西千山航空电子有限责任公司）

摘要：随着科学技术的发展人类对物品的材料性能要求越来越高，复合型材料打破传统材料定义为人们提供了更轻、更坚硬、韧性更

通过对碳纤维复合材料施工工艺的介绍是大家对碳纤维复合材料有广泛好的材料。使人们的生活因为复合材料的应用得到广泛提高，

的认识。关键词：碳纤维复合材料；成型；工艺

引言

CFRP就是我们常说的碳纤维复合材料。这种材料在航天、军工、电子、等等诸多领域都有着很广泛的应用。尤其是碳纤维复合材料杆件是航空航天结构中最重要的组成部分，常用于飞机和航天器的内部骨架以及发动机等零件的固定支架等。碳纤维复合材料管被应用在雷达、电视塔用于天线使用。本文主要对碳纤维复合材料成型所采用的预浸料铺层-热压罐固化介绍，并对技术工艺的难点进行分析。首先我们先来认识以下碳纤维合成材料：

1碳纤维复合材料

在当代高科技产物都是出于军事领域，碳纤维复合材料也是一样。在20世纪50年代，世界强国都开展了对太空领域的探索，所以碳纤维复合材料也应运而生，随着科技的不断进步，碳纤维复合材料制品也进入了平常人的生活中，小到羽毛球拍大到汽车无处不见到碳纤维何处材料的身影。碳纤维合成材料

的强度要高于铜，自身重量却小于铝。

与玻璃纤维相比，碳纤维还有高强度、高模量的特点，是非常优秀的增强型材料。它不仅

可以对塑料、

金属、陶瓷灯材料进行增强。还可以做为新型的非金属材料进行应用，它的组要特点有；高强度、耐疲劳、抗蠕变、导电、高模量、抗高温、抗腐蚀、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能。

1.1碳纤维树脂复合材料

环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯是目前被最多应用于基体的树脂材料。这类复合材料的比重比铝轻，强度还很高。其弹

性模量要大于铝合金和钢。

并且疲劳强度高，冲击韧性好。同时抗水和湿气，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好，还具有受X光线辐射时强度和模量不变化等特点。总之其性能要高于玻璃钢，所以被广泛应用于航天工程。但这类材料也有很大的不足，做为复合材料，碳纤维与环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯等材质的粘结力不够大，而且各向异性强度高，在高温环境下不稳定。

1.2碳纤维金属复合材料

碳元素不容易在常温条件下和金属发生反应，只有在高温

情况下才会生成金属碳化物，所以碳纤维金属复合材料比较不容制作。目前使用的碳金属都是熔点低或者合金材料。但是其自身良好的强度和弹性也要高于普通金属，最显著的事例就是碳纤维和铝锡合金形成的符合材料。这种材料的抗磨性十分优越，主要被应用于高级轴承材料。例如这种材料最先在法国的高速铁路中被应用于高速列车的制动装置，由于其较强的抗磨和抗损性，使得法国高速列车的制动装置要优于其他国家，处于世界先进行列。

1.3碳纤维陶瓷复合材料202

广东科技２０１２．１１．第２１期

与石英玻璃相比，碳纤维石英玻璃复合材料有着超高的抗

弯性和冲击性，其抗弯强度是石英玻璃的12倍，

抗冲击性是石英玻璃的40倍，而且还拥有很强的热稳性。碳纤维石英玻璃克服了传统玻璃脆性强的特点，使其强度大大增加，形成了一种新型的陶瓷材料。在玻璃中混入60%的碳纤维细粉就可以将强度提高很多倍而且在抗机械的冲击性和抗热方面都有明显的提高，这在大程度上克服陶瓷的脆性，同时保持陶瓷原有很多优异性能，以防碎陶瓷目前发展情况来说防碎陶瓷有着十分广阔的发展前景。

2成型关键技术

2.1铺层设计

铺层设计是碳纤维复合材料成型的关键，它包括铺层角度、

铺层顺序、铺层的层数的设计，而且铺层设计是直接决定材料性能和强度的主要工序。所以在构件的设计中要优先考虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求，还要考虑其强度，并且要针对材料的实际实用性和加工方式，所以一般的铺层方向都分为轴向和沿管周铺设两种形式。尤其复合材料的各向异性十分突出，这就决定了物理性和力学性都要集中在碳纤维轴向，碳纤维轴向与径向的线膨胀系数为-0.3×10K和12×10K，所以通过不同的铺层比例设计就可以得到膨胀系数。在计算中因基体树脂为同性材料，所以就会忽略基体树脂的膨胀变形。当轴向纤维和径向纤维的层数比为3：2就可以使复合材料在轴向达到膨胀系数要求。最后在根据复合材料肝的强度和铺层工艺性能要求来最后决定铺层的先后顺序。

2.2表面质量分析

应用袋压工艺成型的管件经常会出现皱折、富胶、和条纹的现象。所以在进行复合材料铺层的同时必须对预浸料叠层块施加足够的力，以保证避免出现复合材料松散和结构尺寸加厚的问题。在工序中要注意在成型时期对各层复合材料进行加压，保证树脂的排出。碳纤维复合材料的质量问题都出现在加压的工序中，所以在操作时我们必须注意。在复合材料叠层块压紧的过程中壁厚将减小，其周长也会相应的减小，这是就会出现松弛纤维被压弯打折的情况，在加上成型的预浸料叠层块原料本身就带有一定的皱折和条纹，所以固化后自然会出现问题。所以在铺层工艺时一定要最大限度的压实复合材料层。避免出现外观质量问题。在对辅助材料的选择上一定要控制皱折率，其组要控制方法有热缩工艺和预吸胶工艺。

2.3热缩工艺

采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就热缩工艺，热缩工艺主要使树脂进行软化，当热缩管达到收缩温度的同时就会出现收缩变形的现象，并且口径发生缩小并被压

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