碳纖維增強基復合材料(CFRP的案例
碳纖維復合材料用于鐵道車輛轉向架
川崎重工業向日本四國旅客鐵道公司（以下稱JR四國）交付了4臺采用碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）彈簧的鐵道車輛轉向架“efWING”。
JR四國將在已有的兩節編組的121系近郊型直流電車上，為兩節車廂各配備2臺該轉向架，并對車輛實施更新，將在2016年6月以后作為7200系近郊型直流電車在予贊線（高松～伊予西條）和土贊線（多度津～琴平）上投入運營。
新型轉向架將部分框架的材料從鋼換成了CFRP。
此外，原來的轉向架利用與鋼制側梁分離獨立的螺旋彈簧發揮懸掛作用，而新轉向架則將側梁與螺旋彈簧的功能整合到了弓形CFRP彈簧中。
這樣可大幅輕減轉向架的重量，降低能源成本。
efWING轉向架
另外，CFRP彈簧還可使整個轉向架產生撓曲效應，使各個車輪施加給鐵軌的力保持穩定，從而提高乘坐舒適性。
efWING
在曲線及線路不正的鐵軌上行駛時，可抑制車輪向鐵軌傳遞的垂向負荷減少的“輪重減載”現象，因此還具有不易脫軌的效果。
JR四國于2016年2～4月在予贊線上使用該轉向架實施了行駛試驗，試驗證實，行駛安全性和乘坐舒適性均得到改善。
均衡負載試驗性能
安全性
來源：日經技術，川崎重工，碳纖維資訊
展開 CFRP碳纖維復合材料鉆削仿真
運動可以完成，但是鉆削完成之后空中間的材料還存在，而且應力效果基本看不出來，著急，求大神指教，有償！
日本住友：碳纖維復合材料（CFRP）在油控閥中的應用
一家亞洲汽車制造商在可變氣門正時系統內的注塑成型油控閥中用一種獨特的碳纖維增強復合材料取代了機加工鋁，控制發動機進氣和排氣。高性能熱塑性閥門（每輛車2-8個閥門，取決于發動機尺寸）降低了成本和重量，并改善了發動機響應時間，從而提高了發動機性能。該聚合物稱為Sumiploy CS5530樹脂，由Sumitomo Chemical Co.Ltd.（日本，東京）生產，并由Sumitomo Chemical Advanced Technologies LLC（Phoenix，AZ，US）在北美銷售。
Sumiploy樹脂是Sumitomo的SumikaExcel聚醚砜（PES）樹脂加上短切碳纖維和專有添加劑包的配方，據說可提高耐磨性和尺寸穩定性。據報道，所得到的高性能復合材料在寬溫度范圍內具有良好的耐熱性，良好的尺寸穩定性和長期抗蠕變性，良好的沖擊強度，對汽油，乙醇和發動機油等芳烴的耐化學性，固有的阻燃性，以及高環境抗應力開裂性（ESCR）。與許多其他對模具有挑戰性的高溫熱塑性塑料不同，Sumiploy CS5530樹脂具有高流動性，據報道可以更容易地在薄壁上模塑高精度3D幾何形狀。
對于油控閥應用，Sumiploy CS5530復合材料必須通過的關鍵工程要求包括超高尺寸精度（10.7 mm±50 mm或0.5％），-40至150℃的熱穩定性，低摩擦系數，耐化學性發動機油，良好的疲勞強度和抗蠕變性。從機加工鋁到工程熱塑性復合材料的改變的驅動因素包括降低制造成本，改善發動機性能和降低重量。該部件自2015年開始生產（SOP）以來一直處于商業用途，從而建立了可靠的性能記錄。作為熱塑性塑料，它在車輛壽命結束時完全可回收（可熔融再加工）。
展開 碳纖維增強復合材料螺栓連接結構文件 ￥3
文件
什么是碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK）？
碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK），指碳纖維以粉末、顆粒、連續纖維（長纖維）或者織物形式增強聚醚醚酮樹脂基的復合材料。其中碳纖維以織物形式存在的簡稱為CFF/PEEK。復合材料中，樹脂基體賦予了優良的力學性能、熱性能、耐化學腐蝕性和易加工性能；增強纖維則主要決定了復合材料的機械性能。
目前江蘇君華生產的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內知名醫療器械單位用于醫療加工髓內釘器械的瞄準架。目前驗證下來發現，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩性定，100次消毒后依然可以精準定位。
展開 美國陸軍表征連續3D打印碳纖維增強熱塑性復合材料零件
美國密歇根州陸軍坦克、汽車研究開發和工程中心（TARDEC）的三位研究人員最近發表了一項名為“通過熔融長絲制造連續纖維增強復合材料表征”的研究，該研究用于連續碳在Mark Two 3D打印機上打印纖維增強熱塑性復合材料部件。
研究人員表示：“目前的工作重點是通過連續長絲制造（CFF）連續纖維增強樣品的拉伸性能。在有和沒有連續碳纖維增強的情況下，在多個方向上測試樣品。當將0碳纖維增強試樣與沒有連續增強的試樣進行比較時，平均屈服強度，拉伸強度和彈性模量分別增加20倍，15倍和240倍。當將具有90取向連續增強的試樣的結果與0試樣進行比較時，屈服強度下降60％，拉伸強度下降62％，彈性模量下降52％。這些結果表明，當垂直于纖維取向施加載荷時，機械性能明顯降低。通過垂直豎立在印刷床上的印刷樣品測試相鄰層之間的粘合性。這些樣本的所有樣本的強度最低。作者建議按照ASTM D3039-17使用帶有粘接片的矩形樣品進行測試，以減少樣本遇到的纖維排列問題。“
由于大多數3D打印部件是自下而上構建的，因此平面外材料特性比平面內部特性要弱。當連續纖維發生面內印刷時，完成的部件可以具有增加的剛度和面內強度，但是研究人員并不清楚連續纖維增強件如何影響制造部件的機械各向異性。
“為了讓設計工程師在結構應用中使用連續纖維增強AM部件，他們將需要這些材料的三維機械性能，”研究人員解釋說。
展開 3D打印突破碳纖維增強PEEK復合材料粉末床熔融成形機理
聚醚醚酮（簡稱PEEK）是一種具有優異力學性能的高溫熱塑性塑料，具有較高的玻璃化轉變溫度（145℃）和熔點（339℃），采用纖維增強的PEEK復合材料具有更高的強度、模量及熱變形溫度，可代替鋁及鋁合金等金屬材料用于航空航天、汽車制造等領域。激光選區燒結（SLS）作為3D打印技術中的一種，在制備復雜結構制件及結構優化方面具有獨特的優勢，這就使得PEEK及其復合材料的3D打印具有較大的吸引力。
然而，目前PEEK及其復合材料的SLS制件強度均低于其注塑件，從而大大限制了PEEK及其復合材料的3D打印制件的應用范圍；同時，較高的加工溫度（＞300℃）對設備提出了更大的挑戰，目前可用于PEEK材料SLS成形的設備較少，商業化的設備僅有EOSP800、EOSP810等，但是其價格昂貴，系統封閉，這就為PEEK的SLS工藝研究及復合材料的配方研究產生了很大的限制。
圖1. PEEK和CF / PEEK復合材料的零剪切粘度與溫度的關系該文章采用SLS制備高強度碳纖維（CF）增強PEEK復合材料，基于高溫流變行為對CF / PEEK復合材料的燒結機理進行了深入研究。通過將模擬溫度分布與粘度-溫度關系相結合來定義新的有效熔化區域，并用于預測工藝規劃。
圖2. 由PEEK和CF / PEEK（a-e）計算的有效熔化區域和PEEK（f）的熱重曲線根據計算結果，對CF/PEEK開展了SLS工藝實驗，結果表明，當激光功率為18.5W、掃描速度3000mm/s、掃描間距0.12mm，分層厚度為0.1mm時，10%碳纖維含量的復合材料的拉伸強度達到109±1 MPa、拉伸模量為7365±468 MPa；5%碳纖維含量的復合材料的彎曲強度達到183±4 MPa，均遠高于PEEK的注塑件。
展開 一種用于定向垂直碳纖維基復合熱界面材料的制備技術
具有優異的柔性和延展性的熱界面材料(TIM)通常用于連接電子元件和散熱器之間的間隙，以最小化電子元件與散熱器之間的接觸熱阻，并提高導熱性。但是，聚合物的固有導熱系數(Tc)非常低，這意味著聚合物不能滿足大功率電子元件散熱的高導熱要求。
為了提高材料的熱導率，通常在基體中引入具有高熱導率的導熱填料。碳纖維(CF)擁有沿一維(1D)方向的高導熱系數為1100 W/(mK)，被認為是制造高性能TIM的有前途的填料。然而，CF的導熱性是各向異性的，并且有報道稱，瀝青基的CF沿軸向的導熱系數大于1100 W/(mK)但沿徑向小于10 W/(mK)。隨機填充CFs制備的TIM沒有很好的導熱表現。
考慮各向異性CF的導熱性，取向是一種有效的策略要獲得高導熱性，目前定向的技術包括化學氣相沉積生長，磁場，三維(3D)打印，冷凍干燥，靜電紡絲和應力誘導等已經發展起來。然而，甚至在定向之后導熱系數仍然不理想，這可能是由于使用CF作為單獨的填料未能形成有效的熱傳導網絡。進一步添加額外的填充物是一種有效的策略。然而，大多數定向技術高度依賴于特定的儀器，難以大規模制備。因此開發出適合大規模生產的定向技術是非常重要的。
02
成果掠影
近期，河北工業大學鄧齊波教授，天津理工大學趙云峰教授和蘇州泰吉諾新材料有限公司李兆強團隊聯合在制備具有高導熱率的復合材料取得新進展。
文中提出了一種用各種定向CF制備TIM的簡便方法，這種方法的靈感來自于一個簡單的“搟餅”過程。本研究首次制備了聚二甲基硅氧烷(PDMS)/短碳纖維(SCFs)/Al球形顆粒(PDMS/SCFs/Al)復合材料。
展開 CF/PEEK碳纖維復合材料和傳統碳纖維復合材料在醫療行業的應用差異
層間結合強度好，江蘇君華生產的PEEK碳纖維復合材料不易分層。熱塑性在模壓成型時，熔融后結合到一體的結合強度高。所以不易分層。從PEEK與碳纖維結合角度說一些，PEEK和碳纖維之間的結合強度很高,因此纖維釋放現象大大減少或沒有。另外,由于PEEK具有抗蠕變力,PEEK聚合物能夠長時間承受相對大的壓力,不會隨時間擴展,并且具有良好的纖維-母體界面結合強度。
近倆年國內也陸續有一些單位開始開發CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料，江蘇君華就是其中的一家。目前江蘇君華生產的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內知名醫療器械單位用于醫療加工髓內釘器械的瞄準架。目前驗證下來發現，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩性定，100次消毒后依然可以精準定位。
展開 【免費】ABAQUS中纖維增強水泥基復合材料/混凝土/SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型
應變硬化水泥基復合材料（SHCC）是一種高性能纖維增強水泥基復合材料，呈現多裂紋開裂機制與高延性，極限拉伸應變可達3%~8%，裂紋平均寬度約為60 μm。近年來，SHCC/ECC的理論研究以及工程應用不斷增加，尤其是在其優越的拉伸性能和在抗震結構中的應用。如俞可權等將PE纖維配置了超高性能工程水泥復合材料，其抗壓強度約為120 MPa，抗拉強度高達12 MPa，拉伸應變能力超過8％。本貼介紹纖維增強混凝土（SHCC/ECC/FRC）的損傷塑性模型，分為四個部分，首先介紹真實應力和真實應變的轉換，然后介紹SHCC/ECC/FRC的應力-應變關系，再介紹SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型，最后進行四點彎曲梁的累加循環仿真計算。
1. ABAQUS中真實應力與真實應變
ABAQUS中必須用真實應力和真實應變來定義塑性。而大多數實驗（單軸拉伸、單軸壓縮等）得到的是名義應力和名義應變。故必須將實驗得到的名義應力和名義應變轉換為真實應力和真實應變，從而得到ABAQUS中需要的材料參數。
考慮塑性變形的不可壓縮性，真實應力與名義應力間的關系:
得到：
令
可以得到真實應力與名義應力、名義應變的關系：
真實應變與名義應變的關系：
2. SHCC/ECC/FRC的應力-應變關系
SHCC/ECC在單軸拉伸時呈現應變硬化現象，其簡化的本構關系較為常見的有兩種：理想彈塑性模型和線性強化彈塑性模型。在本帖中，采用線性強化彈塑性模型。
展開 碳纖維復合材料在航空航天領域的應用十分廣泛哦！
▲圖7 殲-10發動機進氣口的凸肩(紅圈處)
而CFRP材料制成的風扇葉片，由于纖維多層交叉鋪貼，材料本身“各向異性”性能優越，裂紋生長緩慢，再加上振動衰減率比鈦合金快5-6倍，因此可以取消葉片凸肩。2010年珠海航展披露，GE和法國斯奈克瑪為C919大飛聯合研制的發動機LEAP-X，就采用了CFRP三維碳纖維編織物整體成型的風扇葉片，不但重量減輕了50%，葉片數也減少了一半。
國內發動機風扇葉片，目前只看到渦槳發動機的復合葉片，尚未見到實裝渦扇發動機使用CFRP的報道。2012年珠海航展上的CJ-1000A發動機是我國第一款商用渦扇航空發動機在研產品，據稱采用了CFRP寬弦復合大彎掠風扇葉片。讓我們假以時日，拭目以待吧。
在2011年中國國際通用航空大會上，“天弩”、“風刃”等無人機采用了全機結構CFRP材料，V750無人直升機、小型通用航空雙座飛機，也都大范圍采用了CFPR蒙皮，可以看作是國內碳纖維復材在通用航空領域的有益嘗試?！ ?二、航天方面的CFRP應用
鼻錐和翼面：洲際導彈、宇航飛船高速再入大氣層時，由于絕熱壓縮空氣的阻力，飛行器表面的溫度非常高。美國阿波羅飛船指揮艙表面的最高溫度達2740℃。利用CFRP系列中的分支——碳纖維碳增強復合材料CFRC(也稱碳/碳復合材料)制成燒蝕材料，熱力學性能優異，防熱效果好。如美國碳/碳復合材料在3837℃高溫持續255秒的過程中，線燒蝕率只有0.005毫米/秒，保證了航天飛機在1650℃的環境中連續工作40分鐘安然無恙。而且，碳/碳復合材料用來制造洲際彈道導彈的鼻錐和翼尖，在燒蝕過程中燒蝕率低、燒蝕均勻和燒蝕對稱。這保持了航空器的良好氣動外形，有利于減少非制導誤差，美國的民兵-III導彈，就采用了碳/碳復材鼻錐。
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【技術干貨】一文詳解影響碳纖維及其復合材料壓縮性能的結構因素（二）碳纖維的微觀結構及壓縮破壞
摘 要
碳纖維及其復合材料因其優異的拉伸性能和輕質特性而備受關注，但是，自從它們問世以來，碳纖維及其復合材料在壓縮載荷下的較差性能一直是制約其廣泛應用的主要障礙。
在本系列專題文章中，將會從微觀結構和宏觀角度系統地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復合材料的壓縮性能提出了建議。在上期文章中首先介紹了碳纖維壓縮強度的常見測試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結構及壓縮失效破壞。
附錄：碳纖維及其復合材料壓縮性能專題
《專題一：碳纖維壓縮強度的測試方法》
碳纖維的微觀結構
為了開發提高碳纖維壓縮性能的方法，了解碳纖維的加工過程及其最終微觀結構是很重要的。生產碳纖維最常用的前驅體為聚丙烯腈（PAN）纖維，下圖1顯示了PAN纖維向碳纖維轉變過程的微觀結構規律。
碳纖維是通過對PAN纖維進行高度可控的連續熱處理來制備的，典型的熱處理過程包括：預氧化（又叫熱穩定化），低溫碳化和高溫碳化。PAN纖維的熱穩定是在空氣氣氛中進行的，通常PAN纖維在不同溫度下經受200至300°C的熱處理，并根據特定前驅體纖維的加工要求在規定的時間內施加張力。
展開 美國宇航局先進復合材料技術之3D打印碳纖維復合材料
技術概述
美國宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創新者與路易斯維爾大學和美國空軍合作，開發了一種增材制造技術，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產具有高溫性能的復合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產品，該樹脂填充有精細研磨的碳纖維。隨后可以對所得復合材料零件進行后固化，為高溫航空航天應用做準備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復合材料零件。
這是增材制造聚合物技術的重大進步，通過提供一種需要相對較低熔融溫度的SLS工藝，創建得到具有高溫能力的復合材料，從而能夠對具有復雜幾何形狀的零件進行3D打印，以實現高性能應用。
? 3D科學谷白皮書
技術特征
NASA的這項技術是首個成功實現高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復合材料的3D打印技術。對碳纖維填充的RTM370進行選擇性激光燒結后進行后固化，以實現更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉變溫度為370℃的復合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復合材料，打印完成后需進行后固化。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統加工材料相比，通常較弱。最近，高溫熱塑性塑料已經通過高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規SLS 3D打印設備。隨后，使用多步驟循環對所得零件進行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉變溫度，同時避免在過程中發生尺寸變化。
展開 寧波材料所在短切碳纖維增強聚合物材料導熱性能方面取得進展
短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維短切而成，相較于碳纖維長絲可以更均勻地分散在基體材料中。短切碳纖維不僅具有超高的機械強度、較低的密度及良好的熱穩定性，而且是一種性能優異的導熱材料，是提高聚合物材料導熱性能的理想導熱填料。但是，一維材料存在嚴重的導熱各向異性，如何充分控制短切碳纖維在聚合物基體材料中呈豎直取向，從而充分利用碳纖維的軸向高導熱性能得到具有優異縱向熱導率的復合材料是研究的關鍵。常用的方法是通過對短切碳纖維施加外電場，使碳纖維沿豎直方向取向。但是這種方法需要較強的電場強度且工藝較為復雜，另外復合材料厚度受限于纖維的長度，較難得到厚度適宜的導熱復合材料。
鳳凰供應環氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48338.html
基于上述問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業部功能碳素材料團隊通過利用單軸溫度場下冰晶的定向引導作用，使得短切碳纖維沿豎直方向取向，得到了具有“微蘆葦叢”結構的碳纖維多孔泡沫，其制備流程和微觀結構如圖1所示。“微蘆葦叢”結構充分利用碳纖維的軸向高導熱增強聚合物材料的導熱性能。該方法制備的復合材料的熱導率高達6.04 Wm-1.K-1，并且得到的復合材料具有良好的柔順性，有望代替傳統的聚合物材料解決電子電氣設備的散熱問題。
相關工作已發表在化工領域的核心期刊（Chem. Eng. J., 2019, 375, 121921），并獲得國家自然科學基金（51573201和U1709205）、浙江省公益技術應用研究計劃（2016C31026）和3315創新團隊等項目資助。
展開 赫氏復材將推出多種碳纖維增強材料
赫氏復材將在巴黎JEC復合材料展向觀眾全面展現其碳纖維和復合材料產品系列， 包括碳纖維增強材、多軸向織物、預浸料、膠膜、蜂窩、工程蜂窩、模壓材料和模具材料等。對于航空市場， 赫氏將推介HiTape 碳纖維增強材料，其可以通過自動鋪貼形成預成型件，然后采用非熱壓罐的樹脂注入工藝成型飛機結構件。展示的航空部件包括了A320的LEAP 1A 發動機的短艙罩，所用原材料包括赫氏的碳纖維，結構預浸料，干的織物和RTM6-2樹脂。赫氏還陳列了一個工程蜂窩部件，其體現了赫氏將普通的蜂窩加工成高精度的工程蜂窩，并用于制造高質量部件的能力，為滿足市場的這種需求，赫氏還在摩洛哥的卡薩布蘭卡投資建立了新的工程蜂窩工廠，并在今年投入運營。
除了航空市場，赫氏還將聚焦汽車市場。 St Jean 工業采用赫氏的M77預浸料來增加原來鋁結構轉向架的剛性，其剛性比純鋁的產品增加了26%，而沒有增加產品的尺寸。 鋁/碳纖維復合材料混雜結構可以在現有的空間內優化, 造福于汽車行業. 借助于赫氏的FEM計算體系，通過優化載荷分布，碳纖維復合材料可以提高部件的最大破壞強度。赫氏的材料可以在一分鐘內生產預浸料預成形體，采用赫氏的Redux677膠膜可以將預浸料和鋁材料膠接在一起，這種快速固化的膠膜適用于批量生產的金屬/碳纖維復合材料的膠接。由于Redux677 是專門為自動化的模壓工藝設計的，和用于汽車結構的快速固化的赫氏M77預浸料兼容，適用于M77預浸料和金屬，熱固性材料以及熱塑性材料的膠接。
赫氏還將推介商品名為Polyspeed 的碳纖維拉擠產品，這種新技術針對預固化的較厚的碳纖維部件應用。為風力發電葉片以及其它需要承載的工業應用提供較為經濟的結構增強材料。Polyspeed嚴格控制纖維和樹脂含量，在質量、重量和機械性能間達到優化；適用于非常大的部件而不受長度的限制。
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