碳纖維復合材料
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碳纖維復合材料范文第1篇
在現階段發電部門重點研究的技術中，風力發電是其中的重要組成，在環保和經濟領域，風力發電技術發揮了至關重要作用，其未來的發展也將不可限量。在運用風力進行發電時，離不開風能和風電葉片的運用，在風電機的組成部分中，葉片是非常重要的部分，其與眾多領域都有著密切聯系，葉片的優化能夠提升電能的轉化效率。通常情況下，葉片長度與風機功率為正比例關系，為了實現風機功率的提高，設計人員在對葉片進行設計時，會增加其長度，同時，也加大了葉片重量。為了促進風力發電技術的良好發展，在加大葉片長度時，還應當對葉片制作成本進行控制，實現制作成本的降低。
2.1 主梁帽
現階段，對于風機葉片來說，主梁帽是碳纖維最主要的應用部位，通過運用GFRP主梁帽，能夠有效提升葉片鋼度，與此同時，能夠實現葉片重量的明顯降低。根據國外有關專利及研究的相關報道，在葉片主梁帽的局部位置中，部分企業能夠對碳纖維進行運用。2004年，在GEC設計的50m的風電葉片中，50%總長度的葉片主梁帽是由CFRP組成的，與全GFRP的風電葉片相比較，關于葉片主梁帽的厚度方面，減少了將近一半，關于葉片的重量方面，由9790kg下降到8236kg，減少了16%的重量，在葉根部位處，重力誘導彎矩縮減了26%。在這樣的結構內，從全玻璃纖維過渡到全碳纖維復合材料的過程中則需要注意做好應變和剛度的優化，過渡區材料匹配問題。
2.2 蒙皮表面
在整個蒙皮表面都可以運用的碳纖維，能夠將內支撐梁上的受力與扭矩作用進行減少，利用相關的設計工作，“材料誘導式”的葉片受災扭曲耦合就能夠完成。根據NEG麥康公司的有關專利報道，在對葉片蒙皮橫截面外部圓周的薄層進行加固時，60%～85%的葉片總長度都是用CFRP條來進行加固的，利用這個薄層，能夠將蒙皮抵抗拉力和壓力性能進行顯著提升。此外，根據其他相關專利報道，在對葉片迎風面錳鐵進行制作時，全部采用GFRP來完成，在對主要承受壓縮荷載的背風面蒙皮進行制作時，則是通過運用碳纖維或玻璃纖維復合材料來完成。
2.3 葉片根部
在對葉片根部位置進行制作時，通過運用碳纖維材料能夠起到兩方面作用，一方面關于根部材料的鍛煉強度和承載強度方面，能夠明顯提升根部材料的鍛煉強度和承載強度，明顯降低施加在螺栓上的動態載荷性能，另一方面能夠使葉跟法蘭處的螺栓數量增多，有利于鞏固葉片與輪轂連接處的性能，能夠將該連接處靜態強度和疲勞強度進行提升。
2.4 葉片前后緣防雷系統
根據國外有關專利的相關報道，在葉片前緣及后緣位置處，利用碳纖維來進行制作，通過碳纖維會對葉片剛度和葉片質量產生一定影響，能夠將葉片高度進行明顯提升，與此同時，也能夠將葉片質量進行降低，除此之外，經過特殊的設計工作，還具備一些特殊性能，能夠對葉片起到很好保護作用，通過特殊設計工作的開展，能夠使葉片高效避免雷擊損傷，避免雷擊對葉片性能進行破壞，能夠使葉片的相關性能得到很好保障。
2.5 靠近葉尖部分
根據LM公司有關專利的相關報道，在25%至50%的整體葉片長度，也就是靠近葉尖的部分中，在對這個部分進行制作時，通過利用CFRP來完成，在葉根部位的臨近處，則是通過利用GFRP來制作完成，在中間過渡區域中，通過GFRP來逐步取代CFRP。利用CFRP來對臨近葉尖位置處進行制作，其具有較少重量，可以利用比較少的材料，對葉根臨近部位進行制作，這樣能夠將輪轂上的負載性能進行降低。除此之外，在具有較大高度的葉尖位置處，可以對其采取相關減小方法與措施，這樣可以使葉片振動方向和強度得到保證，當葉片出現偏振狀況時，特別是偏振情況比較強烈時，在很大程度上，能夠導致葉片尖部對桿塔位置進行擊打，一旦出現這種情況，就會對機械設備和人員安全問題產生威脅。在相對較低剛度的葉根位置上以及相對比較硬的葉尖部位處，就會促進偏斜形狀形成，這樣就能夠提升氣動阻尼，通過氣動阻尼的不斷增加，能夠將氣動載荷性能進行降低。此外，利用中間過渡區域，能夠使CFRP與GFRP中間剛度突發變化，而造成的應力集中情況得到很好避免。
3 結語
風力發電機已經日漸成為電力行業發展的重點研究項目，通過風能進行發電則可以對能源予以利用，并到達更好的電能發電效果。將碳纖維復合材料應用到風電葉片設計之中，不僅能夠增加風機的功率，而且能夠增加減小葉片碰撞塔架的概率，對于發電效果的優化和提升具有重要影響。相關人員還要就此方面予以深入研究，讓碳纖維復合材料的應用成為風電葉片設計常態，讓我國的風力發電事業得以長足發展。
參考文獻：
碳纖維復合材料范文第2篇
【關鍵詞】 碳纖維 表面處理 界面性能 抗彎強度
1 前言
與傳統金屬材料相比，碳纖維增強樹脂基復合材料具有耐高溫、耐腐蝕、質量輕、機械強度高的優點，被廣泛應用于航空航天、軍事、汽車、體育等領域。
碳纖維是有機纖維在惰性氣氛中經高溫碳化和石墨化制成的纖維狀碳，它具有亂層石墨結構，其密度僅為鋼密度的1/4，具有優異的力學性能，熱穩定性，是一種高性能的先進非金屬增強材料。
盡管碳纖維性能優異，但，由于其屬脆性材料，單獨使用，許多性能無法得到充分的發揮。只有與其它基體材料結合成復合材料，材料性能形成互補，才能有效發揮其優異的力學性能，因此，碳纖維在復合材料中被用作增強相。
用作復合材料的樹脂基可分為兩大類，一類是熱固性樹脂，另一類是熱塑性樹脂。熱固性樹脂由反應性低分子量預聚體或帶有活性基團的高分子量聚合物組成；成型時，在固化劑或熱作用下進行交聯、縮聚，形成具有網狀交聯體結構。常見的有環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂以及酚醛樹脂等。熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成，在溫度超過熔點時熔融，具有流變性，屬物理變化。常見的有聚乙烯、尼龍、聚四氟乙烯等。
復合材料的界面由增強材料表面與基體材料表面相互作用形成的，它包含兩相之間的過渡區域，界面相內的化學組成、分子排列、熱性能、力學性能呈連續梯度性變化。界面相的結構由增強材料與基體材料表面的組成及二者之間的反應性能決定的，因此纖維表現處理的結果將影響復合材料的性能。
通過纖維表面處理可以增強纖維表面的化學活性與物理活性，從而增加其與基體間的結合或粘結。目前，對纖維表面處理主要有空氣氧化法、液相氧化法、等離子體氧化法和電化學氧化法等方法。本文采用濃酸氧化處理、電化學處理方法對碳纖維表面進行處理，并利用SEM對比觀察了處理前后纖維表面的形貌，研究碳纖維增強復合材料性能的影響。
2 實驗方法及條件
2.1 碳纖維表面處理過程
2.1.1 濃硝酸氧化處理
將一定長長的碳纖維置于濃硝酸溶液中，在室溫條件下分別處理30、60、90分鐘，然后經自來水、純凈水清洗數遍，干燥，既得到表面處理后的碳纖維。
2.1.2 電化學表面處理
配制一定濃度的稀酸溶液作為電解液，將清洗過的碳纖維作為陽極，在電解槽內進行陽極氧化表面處理，通電電壓分別取1.2V、4.8V、10V和15V，處理時間為5min和10min，之后再經清洗、干燥，得到表面處理后的碳纖維。
2.2 抗彎強度測試
將表面處理的碳纖維與樹脂粘結，熱處理后，固定在沉積爐的兩個電極上，通電加熱至800～1100℃，沉積時間4～6h。
將試樣加工成5mm×5mm×30mm，每組5個，采用三點彎曲法測試試樣的抗彎強度，取5個數值的平均值作為每組試樣的測試結果。
3 試驗結果及討論
3.1 濃硝酸表面處理時間長短對復合材料單向抗彎強度的影響
從表1中可以看出，碳纖維處理60分鐘后，所制備的復合材料強度增幅最大，30分鐘下，強度基本沒變，90分鐘強度有所增加。液相氧化的作用主要在于除去纖維表面的漿層，對纖維的強度沒有明顯的影響。復合材料強度的提高是因為表面漿層除去后，纖維表面的粗糙度增加，增加了快速升溫過程中熱解碳與纖維的親和力和粘結強度。
3.2 電化學處理對復合材料抗彎強度的影響
碳纖維電化學處理過程易操作，（表2）為纖維表面電化學處理不同條件下單向復合材料的強度值，從處理結果可見，處理電壓和時間變化對制備的復合材料的抗彎性能影響較大。在電壓4.8V、10min處理條件時，由處理纖維制備的復合材料的抗彎強度比未處理的低3.6MPa，且電壓升高至10V時，復合材料抗彎性能進一步惡化。
（圖1）為不同處理碳纖維所制備的復合材料抗彎強度變化曲線，從中可以得出，采取5分鐘處理，復合材料抗彎強度變化均勻，基本呈線性降低，而10分鐘處理后，材料強度隨電壓增大降低幅度增大，這說明短時間電化學處理對纖維表面作用較溫和，且處理效果隨電壓的增大，10分鐘處理較5分鐘處理強度降低幅度較大。這是由于高壓長時間處理條件下，纖維表面破壞較嚴重，從而使得復合材料的力學性能下降。
4 結論
（1）碳纖維表面經濃硝酸處理后，表面漿層去除，溝槽進一步加深加寬，表面粗糙度和比表面積增加，有利于復合材料的抗彎強度的提高。但處理時間過長，纖維表面出現不同程度的損傷，這對提高材料強度是不利的。
（2）通過對纖維表面電化學處理的研究得知，采用低電壓，短時間的處理條件，對碳纖維表面較溫和，有效地提高了Cf/C復合材料的抗彎性能；高電壓或長時間處理時，纖維表面出現“松樹皮”狀凸起，此時纖維本體受損嚴重，降低了復合材料的力學性能。
（3）對比濃硝酸氧化處理，電化學處理時間短，增強效果較明顯，電化學對纖維表面作用包含至少除去薄弱外層和表面氧化刻蝕兩種機理，甚至過程更為復雜。
參考文獻
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碳纖維復合材料范文第3篇
碳纖維是一種力學性能優異的新材料，被譽為黑色黃金。它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。碳纖維不僅自重輕、強度高、性能穩定，同時它易于產品設計，通過對纖維排列不同取向可以滿足不同的需求，是結構類應用首選材料。環氧樹脂形式多樣，應用方便，固化后尺寸穩定，收縮性低，具有優良的力學性能，耐酸堿。兩者結合后稱為碳纖維-環氧樹脂基復合材料，也就是碳素復合材料，成為當今新一代的材料之王，是各類運動器材的首選材料。
減重
自行車的功能從交通工具進入到騎行運動、休閑健身后，碳素復合材料作為首選材料完全能滿足騎行運動、休閑健身所需求的自重更輕，強度更高，騎行感覺更佳的訴求。實踐證明，以碳纖維復合材料替代鋼或鋁金屬材料，減重效率可達20%～30%，應用在自行車上，自重減輕30%，相當于增加有效騎行力45%以上。據專業測算，對一輛結構相同的自行車，若重量相差四磅（約合1.8公斤），同一運動員在兩公里的行程中，重的那輛要慢193英尺（約58.82米）。難怪業界人士常有自行車重量降低一克，賣價可提高一美元的說法。
高強
除了為自行車減重，碳纖維復合材料也大大提高了車身的整體剛度，增加安全性。碳纖維復合材料中基體是以連續相形式包圍著大量獨立存在的纖維，這種由多相組成的材料在受到沖撞時，即使有少量的纖維斷裂，其載荷會迅速重新分配到未破壞的纖維上，使結構還能承載原有的重量，大大提高了騎乘的安全性。而一般金屬材料的疲勞破壞是沒有明顯征兆的突發性破壞。研究表明，碳纖維復合材料車架耐沖撞試驗可達百萬次以上，遠遠超過了日本工業標準規定的十萬次標準。
減震
碳素材料的優勢還不止于此。碳素復合材料的應用還顯著改進了自行車的抗震性。剛度好的車架有利于驅動力的轉換，操縱性能的提高。碳纖維復合材料自行車結構堅固，不易變形，而且減震效果突出。據報道，對形狀與尺寸相同的車架進行試驗表明，鋁合金車架需要9秒才能停止振動，而碳纖維復合材料車架只需2.5秒就可停止，復合材料良好的阻尼性減輕了自行車的顛簸。不僅如此，和金屬相比，碳纖維制成的自行車還具有良好的耐銹蝕性。高分子材料的耐酸堿、工業大氣下性能良好，因此使用碳纖維樹脂基復合材料制成的自行車零部件有無可置疑的耐環境性能。
碳素纖維復合材料在自行車中的應用
碳素復合材料主要應用在車架及結構性部件上。車架是自行車的靈魂，一輛綜合性能卓越的自行車，必然有一個高性能的車架。碳素復合材料車架具有材料本身減重效應明顯，重量超輕，應用后將碳素復合材料的高模量、高強度發揮得淋漓盡致，能吸收地面的沖擊力，踩踏的反撥力快，幾乎沒有疲勞性等特點，是理想的自行車車架素材，成為運動競技自行車的最佳材料選項。雖然具有優異的性能，但是復合材料自行車的設計和制造也遠比一般金屬材料自行車要更為復雜。
碳纖車架，主要技術點在于應力方面的結構設計。結構工程師綜合模擬并測試車架各方向的受力情況后，科學地進行碳素復合材料的疊層的排列與設計，并結合車架管形的設計，傳動模擬，試驗驗證后最終能獲取科學數據，制造出高性能的車架。
在制作工藝上，需要首先將碳纖維與環氧樹脂結合后形成碳素復合材料的預浸材料。材料經裁剪、卷制、熱固化成型等工藝制成毛胚，再經打磨、拋光工藝才能最后制成成品車架。碳纖車架需求的多樣化與市場化，使得車架成型技術也經歷著不斷的優化創新，部件分體成型法、一體成型法、氣袋內壓成型法、硅膠內蕊成型法、真空外壓成型法、混合工藝成型法等都是較有代表性的制造工藝。
1974年，美國Apex Proto公司制造了一只薄壁不銹鋼接頭粘合的碳纖維復合材料自行車車架，1976年Exxon公司制造了石墨纖維和鋁復合的Graftek G-1車架。但由于研究、開發和銷售這些復合材料的車架費用巨大，無利可圖，最終只能停產。1980年，法國TVT工廠第一次出售了復合材料自行車車架。1986年CCI公司設計的復合材料車架Kestre14000由于設計獨特、造型新穎在業內產生了轟動。1987年，美國Treak公司推出Trek2500型復合材料車架獲得了市場成功。此后，Peugeot、Vi、R-aleigh等美國公司也積極開始了復合材料自行車的設計制造。日本、臺灣也都建立起了復合材料自行車生產線，達到年產五萬輛以上的規模。
近年來，日本、美國、西歐及中國臺灣利用對飛機部件的設計制造方法，分析了車架的應力承受情況，對受力較大的部位予以增強，更符合空氣動力學要求。用內部加壓注塑的方法制成的整體式碳纖維車架，整個自行車的重量可控制在7.5公斤左右，較管狀粘接的車架輕20%，而剛性與鉻鉬車架相當，可以避免粘接問題，擺脫了傳統的菱形車架模式，制造更趨于流線型、多樣化。通過在樹脂中添加適量染料，還可使產品表面更加艷麗。
除了車架，車輪是復合材料在自行車產品應用中的又一項成功。日本新日鐵公司開發的自行車后輪，設計為采用乙烯樹脂片材中加入芳酰胺纖維結構的碟輪。還有杜邦公司的三輻輪復合材料車輪，輻條也是用復合材料制作。輻條的外形采用前緣鈍，后緣薄，使車輪在運動時產生最大的空氣動力效果。輪緣部位設計為翼型，使輪緣作為前緣和后緣時都具有空氣動力的效果。這樣設計制造的復合材料空氣動力車輪不僅重量更輕，在速度、強度、剛性等測試中均較鋼絲車輪有更佳的表現。設計人員在設計中隊騎行者遇到的空氣阻力進行分析比較，在保持載荷的同時可以將比賽速度提高1-2km/h。
隨著自行車競技運動的發展以及綠色騎游文化的普及，碳素復合材料在競技自行車領域、高檔通行自行車領域應用呈現普及化，也帶動了技術、工藝、質量等方面的全面提升。碳素復合纖維輪胎、碳素復合纖維車把、碳素復合纖維輪轂、碳素復合纖維前叉、碳素復合纖維避震器，復合材料等組件可謂比比皆是。根據不同部件使用要求和特點開發的新型復合材料也呈爆炸式發展。相應的，復合材料的蓬勃發展也加快了自行車產品的技術革新，新材料制作的新產品如雨后春筍應運而生。德國Karbon Kinetic-sLtd.公司推出的復合材料自行車就是基于全球著名的工程熱塑性材料供應商沙伯基礎創新公司出品的LNP VertonRV00CE特種復合材料設計制造。該材料不僅被應用于自行車領域，在雪鞋等要求堅固耐用、質輕減震的運動用品中均有上佳表現。
市場前景
碳纖維材料在發明之初主要應用在以航空航天為首的國防軍工領域中，作為重要的國防戰略物資屬于技術密集型和政治敏感的關鍵材料。碳纖維不僅價格昂貴且技術保密，成為民用普及的瓶頸。目前世界碳纖維產量達到4萬噸／年以上，全世界主要是日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司，美國的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及德國SGL西格里集團、韓國泰光產業和臺灣省的臺塑集團等少數單位掌握了碳纖維生產的核心技術，并且有規模化大生產。各大碳纖維生產公司在冷戰后除了擴大產能、研發新產品外，也都致力于降低碳纖維價格。據美國巖石山研究所對碳纖維作出的研究分析，只有當碳纖維價格降至每千克16.5美元以下才與鋼材相比具有競爭力。而目前日本東麗公司的T700價格較鋼材貴一倍還多。
競技體育更關注性能，是高新技術民用化的前哨戰和試驗場。目前所有的比賽用車，無論是山地車或是室內自行車都幾乎是碳素材料的天下，今年亮相的環法自行車賽比賽用車也都是清一色的碳素材料產品。但國外生產研制廠家在普及碳纖維自行車應用的同時，為增強企業的高科技形象，大多都是以發展碳纖維自行車的高檔化與新穎性方面為重點，很少考慮成本。以美國德耳塔運動公司2010年最新推出的碳纖維網格結構自行車為例。該車架充分利用了網格結構重量效率高、抗壓及抗彎曲性能好、耐損傷程度高大、易檢測與修補等優點。采用該結構制造出的輕便自行車只有2.5公斤，即使是180公斤的重量級男子坐在上面，自行車也可以輕松自如地前進。如果將車架用于折疊自行車，人們就可以輕松地拎著它上公交、擠地鐵了。產品結構新穎，應該很受消費者青睞。但該車的車架成本高達6995美元，整車則要11995美元，可以說自行車賣出了汽車價，根本不能進行批量生產。
盡管如此，碳纖維自行車市場隨著其影響力的不斷擴大仍有顯著增長。2000年以前，碳纖維自行車的年產量只有幾萬臺，基本上都是供專業或半專業人士使用。而到2010年，僅臺灣與中國大陸地區就生產了約三十萬臺。可以說在這十年里，碳纖維自行車市場經歷了爆炸性的增長。而碳纖維自行車的價格也從神話般高價位走到一般大眾生活中。早期一輛碳纖維自行車售價數十萬元，現在隨著工藝成熟，材料市場進一步擴大，生產制造商不斷創新，降低成本，目前市場也已經出現了不足萬元的碳纖維自行車，讓大眾群體也可以享受到實惠。只有讓更多的消費者接受體會碳纖維自行車的好處，才能更快地推動碳纖維等新型材料在自行車上的應用。
全世界每年生產的自行車總量超過一億輛，而碳纖維自行車只有七十萬輛左右。性能如此優越的材料在自行車的生產總量中只占很低的比例。業內人士指出，隨著工藝和成本的優化，碳纖維自行車已經能夠逐步走進尋常百姓家，讓更多人享受綠色健康的騎行樂趣。
碳素復合材料的優勢
質輕堅固
可定向優化性能
可塑性強
為產品創新設計留有更大空間
碳素復合材料的弊端
價格較鋼鐵昂貴
制造工藝較復雜
接合、維護難度大
碳纖維復合材料范文第4篇
關鍵詞：碳纖維復合材料；表面裂紋；纖維彎曲；無損檢測
中圖分類號：TB332 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0043-02
CFRP全名為碳纖維增強樹脂基復合材料，其中碳纖維作為增強相，樹脂基作為基體。與金屬材料相比，CFRP有更好的比強度、比剛度、抗疲勞性、抗腐蝕性和減震性。因為其優良的特性被廣泛應用于航空航天、體育及休閑用品和建筑等領域。然而CFRP在使用或制造的過程中會出現表面裂紋和纖維彎曲等損傷，比如使用時遭遇沖擊或被尖銳物體劃過表面就會造成表面裂紋，制造過程中快速固化引起殘余應力提高便會造成纖維彎曲。這些損傷可以對結構造成致命威脅，引發重大事故，因此對CFRP結構進行無損檢測顯得意義重大。CFRP是各向異性材料，這使得對CFRP材料表面裂紋與纖維彎曲等損傷的無損檢測研究變得更為棘手。
目前對CFRP進行無損檢測的方法主要有超聲檢測、紅外檢測、渦流檢測、太赫茲時域光譜檢測、聲發射檢測以及微波檢測等，每種方法有其擅長檢測的缺陷類型。本文就國內外研究人員針對CFRP表面裂紋與纖維彎曲這兩類損傷的檢測進行的研究展開介紹，并對今后的研究提出一些看法。
1 CFRP表面裂紋檢測的研究現狀
超聲技術是目前針對CFRP表面裂紋的一種主要無損檢測方法，不斷有學者在這方面做出創新，激光超聲檢測便是一種新興技術。1963年，R.M.White發現激光超聲現象，即用激光束照射到物體時，物體表面10～100μm厚度內會激發出超聲波。對激發出的超聲波信號進行分析就可以得到物體表面的輪廓信息[1]。自1980年開始，美國學者開始了將激光超聲應用于無損檢測的研究，由此產生了激光超聲檢測技術[2]。20世紀90年代開始將激光超聲技術用于復合材料的檢測[3]。后來此項技術被洛克希德?馬丁空間系統公司獲得，在美國軍方聯合攻擊機JSF目的競爭以及開發F22與F35型戰斗機的過程中，該技術獲得了極大地發展，在檢測CFRP表面裂紋的能力方面也取得了重大進步[4]。
渦流檢測技術也是檢測CFRP表面裂紋的一種重要方法。電渦流遇到缺陷時發生擾動，其在CFRP表面產生的磁場亦發生變化，通過分析CFRP樣品表面的磁場信號可以得到樣品表面的輪廓信息，檢測出缺陷。2003年，C.Carr等利用基于超導量子干涉儀（HTS SQUID）磁力計的渦流檢測系統對CFRP樣品進行檢測，根據樣品板表面的磁場分布，檢測出了樣品板表面的裂紋[5]。2005年，R.Grimberg等利用渦流微聚焦傳感器對CFRP板表面進行掃描，利用全息信號處理法處理信號的相位信息，得到了聚焦的較為清晰的圖像，重構了碳纖維的分布情況，從而檢測出了表面裂紋[6]。
2015年，中國計量學院的廖曉玲等利用反射式太赫茲時域光譜（THz-TDS）成像技術對CFRP缺陷進行了無損檢測實驗，獲得了含不同缺陷碳纖維樣品的成像結果及數據。發射探頭兩側有多個接收探頭，通過處理接收探頭獲得的反射信號便可重構缺陷信息。結果表明，反射式THz-TDS成像技術在0.1～3.5THz波段對CFRP中熱損傷、劃傷缺陷、磨損缺陷及孔洞缺陷成像清晰，分辨率較高[7]。
2016年，國防科技大學何S澤等通過電磁感應加熱與紅外熱成像測溫相結合的技術成功地對沖擊后的CFRP樣品進行了表征和損傷檢查，識別了破碎的碳纖維，檢測出了CFRP表面裂紋缺陷[8]。
2 CFRP纖維彎曲檢測的研究現狀
國內外對CFRP纖維彎曲檢測的研究起步較晚，2015年，楊玉娥等研究微波信號在復合材料中的傳播特性，使用N5225A網絡分析儀對碳纖維的方向和纖維彎曲進行了微波無損檢測研究，用微波信號反射系數的相位和幅值來表征纖維方向和纖維彎曲缺陷。結果表明，在頻率為38GHz時可以用反射系數幅值表征纖維彎曲缺陷，反射系數幅值最大變化為0.004[9]。
2015年，日本的K.Mizukami等提出了一種探測器來檢測單向CFRP平面內和平面外纖維彎曲，基于渦流的非破壞性技術來表征纖維取向。這種探測器由三個矩形線圈組成，其中兩個相同的線圈共面放置作為激勵，正中間一個接收線圈與兩激勵線圈所在平面垂直放置。通過變換探測器放置的方式，可以測量面內纖維波紋度（即纖維彎曲程度）、面外纖維波紋度以及纖維方向角。實驗研究表明，他們所提出的探測器可以檢測出薄的單向CFRP中長度為15.9mm，最大偏移量為1.1mm的面內纖維波紋度，也可以檢測出厚的單向CFRP中最大偏移量為3.5mm的面外纖維波度。他們發現掃描具有平面外波紋的材料獲得的復平面中的輸出信號變成環形圖，環形圖可用于識別平面外纖維波度的存在和位置[10]。
2016年，他們又提出了一種可視化多向CFRP纖維波紋度檢測方法。由于由驅動線圈感應的渦流沿著碳纖維流動，所以如果渦流路徑可視化，纖維波動就可以可視化。他們提出了一種新的復平面分析方法來將渦流路徑可視化。該方法的有效性通過有限元分析得到了驗證。對多向CFRP試樣進行實驗，在樣品中人工誘導具有6.9°至24.9°的失準角的面內波紋。從磁場數據可視化渦流路徑，得到了波紋的形狀。將波狀渦流路徑的尺寸與通過X射線計算機層析成像測量的波紋尺寸和光學圖像進行比較，結果表明，渦流法可以準確地估計表面波度尺寸，但低估了內部波動尺寸[11]。
3 展望
國內外關于CFRP表面裂紋與纖維彎曲的無損檢測研究取得了可喜的進步。未來可以在如下方面展開進一步的研究。
（1）目前很少有專門針對CFRP表層裂紋的研究報告，裂紋造成的纖維斷裂對CFRP結構的危害是不容小覷的，希望有擅長檢測裂紋的無損檢測專家對此多加關注，給CFRP表面裂紋檢測研究提供更多可供參考的文獻。
（2）渦流檢測中用于檢測CFRP表層裂紋的器件主要是HTS SQUID，但是HTS SQUID工作頻率低，此時CFRP中渦流密度很小，信噪比低，并且HTS SQUID體積大，不利于現場檢測操作。因此有必要研究使用方便，可在較高頻率下工作的探頭。
（3）關于CFRP纖維彎曲的無損檢測研究還非常少，還有很多工作可以做，鼓勵無損檢測各個領域的專家對此展開研究。
致x：感謝福建省傳感技術重點實驗室和廈門市傳感器技術重點實驗室經費的支持。
參考文獻
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碳纖維復合材料范文第5篇
關鍵詞：玻璃纖維布；碳纖維布；復合材料；力學性能；纖維
復合材料纖維復合材料，簡稱FRP，因其較大的強度和較良好的耐久性，獲得了材料學界的廣泛關注，其中碳纖維增強環氧樹脂復合材料具有其他材料都沒有的良好的耐高溫和耐腐蝕性，作為玻璃鋼一大分支的玻璃纖維增強環氧樹脂復合纖維，比重小，比強度高是它的一大優點，良好的耐化學性使它的可使用范圍更加廣泛。另外，碳纖維增強環氧樹脂復合纖維和玻璃纖維增強環氧樹脂復合纖維都具有質量輕和力學性能優良的特點，在當下材料短缺的現狀下，如果能將這些材料應用于各行各業中，將會降低部分產品的高成本，解決原料短缺的問題，促進材料學以及社會經濟的一大發展。
1碳纖維增強環氧樹脂復合材料
1.1碳纖維的發展歷程
碳纖維作為一種無機高分子化學材料，主要組成元素是碳元素，碳纖維是一種纖維狀碳化合物，是在惰性氣氛和高溫條件下有機纖維碳化而形成的，有纖維、布料等多種形式，也有多種分類，按照其力學性能的不同，可以分為高強度、超高強度等，根據其元素的不同可分為纖維素基、酚醛基和瀝青基等，碳纖維主要是在復合材料中充當增強材料，根據不同的基體材料以及復合方式可以達到不同的效果。碳纖維復合材料具有較好的耐高溫性和耐疲勞性。很久以前，就有很多科學家從碳纖維入手，成功制備了力學性能較好的黏膠基碳纖維和聚丙烯腈基碳纖維，后來，碳纖維的應用范圍不斷擴大，在運動領域、航空、人造衛星等多個領域都有其應用。
1.2碳纖維增強環氧樹脂復合材料的力學性能
通過查閱資料我們可以知道，碳纖維力學性能非常好，相比其他材料來說，碳纖維的抗拉強度和彈性模量都比其他纖維高出不少。為了研究成型壓力對其拉伸性能的影響，我們進行了一系列實驗，運用控制變量法，選取成分含量相同的樹脂溶液，使用相同的碳纖維單向布，改變成型壓力，制備不同的碳纖維增強環氧樹脂好復合材料，通過壓力測試，對不同的碳纖維復合材料拉伸性能做出評價。最后試驗結束，在拉伸的過程中，不同的成型壓力的復合材料會出現不同的斷裂程度，因此我們能夠得到下列結論，增加復合材料的成型壓力可以在一定范圍內增加復合材料的拉伸程度和彈性模量，這說明在一定的范圍內，成型壓力的適當增加對樹脂基體對纖維的浸潤程度有促進作用，可以提高樹脂與纖維之間的粘合性，因此復合的效果也就越好，材料的拉伸性能也就越高。
2玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料
2.1玻璃纖維的發展歷程
玻璃纖維制品被廣泛應用在各行各業，它是一種具有較高性能的無機非金屬材料，具有較好的耐熱性和耐腐蝕性，主要成分是二氧化硅，根據其形態和長度可分為連續纖維、定長纖維和玻璃棉，根據玻璃中堿的含量可以分為無堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維和高堿玻璃纖維，因為其良好的絕緣性和耐熱性，常作為電絕緣性材料和保溫材料出現在我們的生活中。玻璃纖維和碳纖維一樣，常作為增強材料，被廣泛應用在各個領域。玻璃纖維是玻璃鋼的一種因此它的性能較鋼的性能要高出許多。玻璃纖維作為增強材料，其中最出名的就是玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料，環氧樹脂是一種性能優良的熱固性樹脂，與其他不聚酯樹脂相比較，力學性質更優良，點絕緣性能越高，耐化學藥品性、耐熱性以及粘合性能也越好，當環氧樹脂與玻璃纖維形成復合材料時，由于它較強的粘結性，因此可得到較高的界面剪切強度，復合材料使環氧樹脂本就優良的力學性質耐化學性得到更好的發揮。
2.2玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的力學性能
通過下表中玻璃纖維與鋼性能的對比可以知道，玻璃纖維具有很好的力學性質，因此，它是一種較好的復合材料中的增強材料。玻璃纖維是單項排列在樹脂基體內的，所以當纖維含量達到一定值時，當外力通過樹脂基體作用到纖維上時，由于各向異性的影響，外力的作用方向會發生改變，開始沿著纖維取向的方向發展，在一定程度上使力的作用發生分散，從而對復合材料的破壞程度降解到最低，提高了復合材料的力學性能，但是當復合材料中纖維材料含量過多時，部分纖維很難被樹脂基體完全浸潤，造成材料中許多結合界面結合力減弱，當外力作用到材料上時，力的傳遞失去了它本應有的效果，從而使材料的性能下降。
3結語
經過多年的發展，我國的復合材料也躍居世界前位，但在很多領域我們或許對碳纖維以及玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的研究還有很多缺陷。碳纖維以及玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的耐腐蝕性、絕緣性、耐化學性以及耐熱性相比之其他材料都是非常優良的，由于其剛性好、強度高，因此可以廣泛應用于航天航空以及運輸領域，對這些優良性能材料的開發可以有效降低產業開發所需的高成本和能源短缺的嚴重問題，所以，總的來說，這些新型材料的發展在未來的高新產業肯定會有美好前途，會產生大的作為。
參考文獻
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