ansys碳纖維復(fù)合材料的案例
CF/PEEK碳纖維復(fù)合材料和傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用差異
層間結(jié)合強(qiáng)度好，江蘇君華生產(chǎn)的PEEK碳纖維復(fù)合材料不易分層。熱塑性在模壓成型時(shí)，熔融后結(jié)合到一體的結(jié)合強(qiáng)度高。所以不易分層。從PEEK與碳纖維結(jié)合角度說一些，PEEK和碳纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度很高,因此纖維釋放現(xiàn)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(zhǎng)時(shí)間承受相對(duì)大的壓力,不會(huì)隨時(shí)間擴(kuò)展,并且具有良好的纖維-母體界面結(jié)合強(qiáng)度。
近倆年國(guó)內(nèi)也陸續(xù)有一些單位開始開發(fā)CF/PEEK熱塑性碳纖維復(fù)合材料，江蘇君華就是其中的一家。目前江蘇君華生產(chǎn)的熱塑性PEEK碳纖維復(fù)合材料，已通過力學(xué)性能測(cè)試，被多家國(guó)內(nèi)知名醫(yī)療器械單位用于醫(yī)療加工髓內(nèi)釘器械的瞄準(zhǔn)架。目前驗(yàn)證下來發(fā)現(xiàn)，熱塑性CF/PEEK碳纖維復(fù)合材料加工的瞄準(zhǔn)架透光性好，強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)性定，100次消毒后依然可以精準(zhǔn)定位。
展開 【技術(shù)干貨】一文詳解影響碳纖維及其復(fù)合材料壓縮性能的結(jié)構(gòu)因素（二）碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)及壓縮破壞
摘 要
碳纖維及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的拉伸性能和輕質(zhì)特性而備受關(guān)注，但是，自從它們問世以來，碳纖維及其復(fù)合材料在壓縮載荷下的較差性能一直是制約其廣泛應(yīng)用的主要障礙。
在本系列專題文章中，將會(huì)從微觀結(jié)構(gòu)和宏觀角度系統(tǒng)地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復(fù)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(qiáng)度的常見測(cè)試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結(jié)構(gòu)及壓縮失效破壞。
附錄：碳纖維及其復(fù)合材料壓縮性能專題
《專題一：碳纖維壓縮強(qiáng)度的測(cè)試方法》
碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)
為了開發(fā)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(jié)構(gòu)是很重要的。生產(chǎn)碳纖維最常用的前驅(qū)體為聚丙烯腈（PAN）纖維，下圖1顯示了PAN纖維向碳纖維轉(zhuǎn)變過程的微觀結(jié)構(gòu)規(guī)律。
碳纖維是通過對(duì)PAN纖維進(jìn)行高度可控的連續(xù)熱處理來制備的，典型的熱處理過程包括：預(yù)氧化（又叫熱穩(wěn)定化），低溫碳化和高溫碳化。PAN纖維的熱穩(wěn)定是在空氣氣氛中進(jìn)行的，通常PAN纖維在不同溫度下經(jīng)受200至300°C的熱處理，并根據(jù)特定前驅(qū)體纖維的加工要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)施加張力。
展開 美國(guó)宇航局先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)之3D打印碳纖維復(fù)合材料
技術(shù)概述
美國(guó)宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創(chuàng)新者與路易斯維爾大學(xué)和美國(guó)空軍合作，開發(fā)了一種增材制造技術(shù)，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產(chǎn)具有高溫性能的復(fù)合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結(jié)（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產(chǎn)品，該樹脂填充有精細(xì)研磨的碳纖維。隨后可以對(duì)所得復(fù)合材料零件進(jìn)行后固化，為高溫航空航天應(yīng)用做準(zhǔn)備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復(fù)合材料零件。
這是增材制造聚合物技術(shù)的重大進(jìn)步，通過提供一種需要相對(duì)較低熔融溫度的SLS工藝，創(chuàng)建得到具有高溫能力的復(fù)合材料，從而能夠?qū)哂袕?fù)雜幾何形狀的零件進(jìn)行3D打印，以實(shí)現(xiàn)高性能應(yīng)用。
? 3D科學(xué)谷白皮書
技術(shù)特征
NASA的這項(xiàng)技術(shù)是首個(gè)成功實(shí)現(xiàn)高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料的3D打印技術(shù)。對(duì)碳纖維填充的RTM370進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)后進(jìn)行后固化，以實(shí)現(xiàn)更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為370℃的復(fù)合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料，打印完成后需進(jìn)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(tǒng)加工材料相比，通常較弱。最近，高溫?zé)崴苄运芰弦呀?jīng)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(fù)合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規(guī)SLS 3D打印設(shè)備。隨后，使用多步驟循環(huán)對(duì)所得零件進(jìn)行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)避免在過程中發(fā)生尺寸變化。
展開 SGL集團(tuán)攜手英國(guó)國(guó)家復(fù)合材料中心 共同研發(fā)碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼
英國(guó)國(guó)家復(fù)合材料中心（NCC）日前與德國(guó)SGL集團(tuán)達(dá)成合作協(xié)議，將針對(duì)航空、交通運(yùn)輸和油氣等領(lǐng)域的市場(chǎng)需求，共同開發(fā)下一代復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)，提升一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)件中復(fù)合材料的使用率。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10372.html
目前，雙方已經(jīng)利用NCC位于英國(guó)布里斯托的實(shí)驗(yàn)設(shè)備開展碳纖維織物（包括無卷曲布等）先進(jìn)加工工藝的項(xiàng)目研發(fā)。年內(nèi)，雙方將利用SGL集團(tuán)所提供的碳纖維無卷曲布生產(chǎn)出復(fù)合材料機(jī)翼樣件。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10367.html
SGL集團(tuán)纖維復(fù)合材料事業(yè)總裁Andreas Wullner表示說：“NCC具備研發(fā)新一代復(fù)合材料技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力。他們的優(yōu)勢(shì)尤其體現(xiàn)在航空工業(yè)中。我們很榮幸能夠加入到NCC的戰(zhàn)略項(xiàng)目中，并成為NCC的一份子。雙方的合作將為復(fù)合材料的高效應(yīng)用帶來新的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備。同時(shí)，SGL集團(tuán)也將借此機(jī)會(huì)在NCC內(nèi)部設(shè)立辦公司，加強(qiáng)公司在英國(guó)市場(chǎng)的影響力。”
NCC首席執(zhí)行官Richard Oldfieldi表示說：“我們很高興SGL集團(tuán)能夠加入到NCC的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中來。我們對(duì)碳纖維技術(shù)有著共同的、深入的理解，同時(shí)對(duì)它未來的發(fā)展和應(yīng)用前景都充滿了信心。相信自雙方的共同努力下，會(huì)創(chuàng)造出一系列令世人振奮的研究成果。”https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10362.html
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展開 
全球復(fù)合材料供需基本平衡 航空航天領(lǐng)域成碳纖維復(fù)合材料最大應(yīng)用市場(chǎng)
1、玻璃纖維復(fù)合材料需求結(jié)構(gòu)
玻纖具有輕質(zhì)量、高強(qiáng)度、耐高低溫、耐腐蝕、隔熱、阻燃、吸音、電絕緣等優(yōu)異性能以及一定程度的可設(shè)計(jì)性，因此在交通運(yùn)輸、建筑、電子電器、管道、化工、環(huán)保以及國(guó)防軍工等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較大規(guī)模應(yīng)用。
在全球玻纖消費(fèi)市場(chǎng)中，玻纖的主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在建筑、交通運(yùn)輸、工業(yè)應(yīng)用、電子電氣、新能源等領(lǐng)域，占比分別達(dá)32%、28%、21%、11%和8%。
2、碳纖維復(fù)合材料需求結(jié)構(gòu)
目前，航空航天領(lǐng)域是碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，這主要得益于碳纖維具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度的屬性。碳纖維相對(duì)于鋼或鋁，減重效果可以達(dá)到20%至40%，在航空航天領(lǐng)域，主要應(yīng)用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料（占飛機(jī)重量的30%左右），因此綜合來看碳纖維的使用能使飛機(jī)重量減輕6%至12%，從而顯著地降低飛機(jī)的燃油成本。在航空航天領(lǐng)域，碳纖維最早用于人造衛(wèi)星的天線和衛(wèi)星支架的制造，同時(shí)因其耐熱耐疲勞的特性，碳纖維在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和噴管上也得到了廣泛應(yīng)用。
除航空航天領(lǐng)域以外，碳纖維復(fù)合材料也廣泛應(yīng)用于體育用品、風(fēng)電行業(yè)、汽車制造、船舶、電子電氣等領(lǐng)域。從需求占比來看，目前航空航天、體育用品、風(fēng)電行業(yè)、汽車制造幾大領(lǐng)域的需求規(guī)模占比分別為48%、13%、12%、8%。其他應(yīng)用領(lǐng)域占比均在5%及以下。
綜上所述，目前，全球復(fù)合材料行業(yè)供需基本平衡。份地區(qū)來看，北美地區(qū)復(fù)合材料行業(yè)產(chǎn)值最高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高端，而中國(guó)大陸地區(qū)雖然產(chǎn)值較高，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較低端。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，玻璃纖維復(fù)合材料在建筑、交通運(yùn)輸、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而碳纖維復(fù)合材料在航天航空、體育休閑、風(fēng)電葉片領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
展開 DSM展示碳纖維和迪尼瑪纖維混雜復(fù)合材料
在2016年德國(guó)K展上，DSM展示了使用迪尼瑪（Dyneema ）和碳纖維混雜增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料制造的自行車賽車車架。據(jù)介紹，這種材料可以將吸收沖擊能量的能力提高100%，同時(shí)依然保留碳纖維復(fù)合材料的所有優(yōu)點(diǎn)，還不會(huì)出現(xiàn)劈裂。
碳纖維我們比較熟悉，迪尼瑪纖維則是一種 超高相對(duì)分子質(zhì)量的高性能聚乙烯纖維，用前者制造的復(fù)合材料模量高、剛性好，但耐沖擊性能常常受到詬病。因此，在一些產(chǎn)品的應(yīng)用上受到一定的制約。而后者和碳纖維混雜以后，其復(fù)合材料的性能依然保持輕質(zhì)高強(qiáng)，但脆性降低、韌性提高、振動(dòng)減少，而這些性能正是一些產(chǎn)品，例如自行車賽車等所需要的。
當(dāng)我們談及復(fù)合材料的性能多樣化時(shí)，經(jīng)常談?wù)摰降氖?em>材料的改性，例如在基體方面，添加增韌劑可以改善韌性，添加阻燃劑可以改善阻燃性能；在纖維方面，不同纖維的混合使用我們冠之為混雜，以求得性能的匹配，價(jià)格的合理等。但這種通過改性或混雜的材料的使用場(chǎng)合和使用總量均較少，原因之一是我們對(duì)單一材料的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)認(rèn)識(shí)不夠，不能夠?qū)⒉煌?em>材料的不同強(qiáng)項(xiàng)有效復(fù)合，從而有效利用材料的不同性能。
其實(shí)，當(dāng)涉及材料科學(xué)，特別是復(fù)合材料時(shí)，創(chuàng)新空間是無限的。無疑，碳纖維是一種偉大的材料， 但不是一種萬能的材料。我們視之為高性能材料，是因?yàn)槠湓谀承┬阅芊矫娣浅Ｍ怀觯@是人們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)非常看重的，而不是任何性能都非常好。
所以， 當(dāng)我們選用復(fù)合材料進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分了解產(chǎn)品的使用狀況和所需性能，必須了解我們需要什么，可以放棄什么。同時(shí)又 充分了解增強(qiáng)材料，基體材料，特別是復(fù)合以后的性能特點(diǎn)，使之與產(chǎn)品的需求相匹配。這樣的設(shè)計(jì)才是真正的復(fù)合材料設(shè)計(jì)，才可以真正做到量體裁衣，從而避免陷入該用碳纖維還是玻璃纖維，該用熱固性還是熱塑性等的無效討論。
展開 2020碳纖維材料展|復(fù)合材料展|高分子材料展
新型無機(jī)非金屬材料
先進(jìn)陶瓷、特種玻璃、新型建筑材料、人工晶體、藍(lán)寶石、耐磨材料及設(shè)備等；
5. 高性能纖維及復(fù)合材料
高性能纖維及材料、碳纖維材料、樹脂基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、金屬復(fù)合材料及設(shè)備等；
6. 先進(jìn)高分子材料
聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚碳酸脂、功能彈性體材料、特種橡膠、工程塑料、硅材料、氟塑料、高性能氟硅材料、功能性膜材料及設(shè)備等；
7. 新能源材料
光催化能源材料、太陽能光伏材料、鋰離子電池材料、先進(jìn)儲(chǔ)能材料、風(fēng)電材料、新光源材料、油氣田先進(jìn)材料及設(shè)備等；
8. 電子材料
介電材料、半導(dǎo)體材料、集成電路和光電器件材料、壓電與鐵電材料、熱電材料、導(dǎo)電金屬及其合金材料、磁性材料、光電子材料、電磁波屏蔽材料、多鐵材料、鐵電材料、非晶合金、氧化物存儲(chǔ)材料及設(shè)備等；
9.
展開 國(guó)防軍工等領(lǐng)域倚重點(diǎn)碳成金的碳纖維復(fù)合材料
高性能纖維復(fù)合材料屬于高分子復(fù)合材料，是由各種高性能纖維作為增強(qiáng)體置于基體材料復(fù)合而成。高性能纖維是近年來纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一類特種纖維。高性能纖維復(fù)合材料是發(fā)展國(guó)防軍工、航空航天、新能源及高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料，同時(shí)在建筑、通信、機(jī)械、環(huán)保、海洋開發(fā)、體育休閑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣泛的用途。
高性能纖維主要分為碳纖維、芳綸纖維、特殊玻璃纖維、超高分子聚乙烯纖維等，其中碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維是當(dāng)今世界三大高性能纖維。
國(guó)內(nèi)企業(yè)將取得突破
繼石器和鋼鐵等金屬之后，碳纖維被國(guó)際上稱之為“第三代材料”，因?yàn)橛?em>碳纖維制成的復(fù)合材料具有極高的強(qiáng)度，且超輕、耐高溫高壓，廣泛應(yīng)用于航空、汽車及國(guó)防領(lǐng)域等。碳纖維是由90%以上的碳元素組成的纖維。碳纖維結(jié)構(gòu)近乎石墨結(jié)構(gòu)，比金剛石結(jié)構(gòu)規(guī)整性稍差，具有很高的抗拉強(qiáng)度，它的強(qiáng)度約為鋼的4倍，密度為鋼的四分之一。碳纖維同時(shí)具有耐高溫、尺寸穩(wěn)定、導(dǎo)電性好等其他優(yōu)良性能。
按原料分碳纖維可分為粘膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維(PAN基碳纖維)和瀝青基碳纖維，目前世界各國(guó)發(fā)展的主要是PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維。日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國(guó)，2002年日本東麗(Toray)公司碳纖維生產(chǎn)能力達(dá)7300噸/年，東邦公司(TohoTenax)擁有5600噸/年的生產(chǎn)能力，三菱人造絲(Rayon)有4700噸的年產(chǎn)量，這3家公司碳纖維的總銷售份額約占全球小絲束市場(chǎng)的75%。
從2004年起，碳纖維市場(chǎng)突然緊缺，出現(xiàn)了供不應(yīng)求局面，價(jià)格隨之急劇上漲。碳纖維需求擴(kuò)大的背景包括兩個(gè)方面：一是越來越多的民用飛機(jī)制造商將碳纖維作為機(jī)體材料；二是碳纖維在風(fēng)力發(fā)電、液化氣罐、自行車、體育用品等領(lǐng)域的用途正在逐漸擴(kuò)大。
隨著航空航天、體育休閑和擠塑模具工業(yè)應(yīng)用對(duì)碳纖維的需求大幅度增加，全球碳纖維市場(chǎng)正以平均每年兩位數(shù)的速度快速增長(zhǎng)。
展開 通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復(fù)合材料
Inside Composites與ZSK USA Inc.的技術(shù)刺繡經(jīng)理Topher Anderson博士討論了通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復(fù)合材料的機(jī)會(huì)
碳纖維復(fù)合材料制造商在努力降低成本和優(yōu)化流程方面面臨的主要問題是什么？
Topher Anderson：雖然碳纖維的價(jià)格近年來迅速下降，但它仍然是一種昂貴且備受追捧的材料。對(duì)于下一代節(jié)省燃料的運(yùn)輸，越來越多地尋求諸如高強(qiáng)度重量比的碳纖維復(fù)合材料特性。減少車輛，飛機(jī)或航天器的重量會(huì)在其預(yù)期壽命期間顯著影響其燃料效率。碳纖維越來越多地被研究作為一些鋁結(jié)構(gòu)的替代品，特別是由于它的重量減輕。然而，碳纖維復(fù)合材料的高前期材料成本可以阻止?jié)撛诘挠脩暨m應(yīng)。
此外，傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料的制造需要比鋁更多的加工參與。
在諸如樹脂傳遞模塑（RTM）的工藝中，例如，編織的碳纖維織物在CAD中進(jìn)行描繪，按比例切割，用基質(zhì)材料潤(rùn)濕并使其固化成形。然而，這些過程通常更加勞動(dòng)密集，并且缺乏諸如金屬銑削或金屬板彎曲之類的競(jìng)爭(zhēng)過程中所見的自動(dòng)化。
您已經(jīng)確定了TFP可以產(chǎn)生影響的一些特定領(lǐng)域，包括減少浪費(fèi)。這有多少問題？
TA：許多傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料構(gòu)造技術(shù)的主要材料成本之一是產(chǎn)生大量廢料。在許多使用碳纖維編織材料的手糊工藝中，廢料可以容易地占所用碳總重量的50％或更多。在用基質(zhì)材料浸漬之前，當(dāng)織物最初被切割時(shí)產(chǎn)生這種廢物。在復(fù)合材料已經(jīng)固化之后和在后處理步驟期間產(chǎn)生額外的廢物，其中形狀被進(jìn)一步精制。
TFP的獨(dú)特之處在于它能夠減少?gòu)U料，從而優(yōu)化材料成本。通過在將絲束材料縫合成所需幾何形狀時(shí)控制絲束材料的路徑，材料僅放置在最終預(yù)制件中所需的位置。在傳統(tǒng)的層壓板設(shè)計(jì)中必須切割的織物區(qū)域簡(jiǎn)單地保持不被縫合。由于能夠符合復(fù)雜的幾何形狀，該過程減少了在切割機(jī)織織物時(shí)形成的初始廢物以及后處理廢物。
展開 通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復(fù)合材料
Inside Composites與ZSK USA Inc.的技術(shù)刺繡經(jīng)理Topher Anderson博士討論了通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復(fù)合材料的機(jī)會(huì)
碳纖維復(fù)合材料制造商在努力降低成本和優(yōu)化流程方面面臨的主要問題是什么？
Topher Anderson：雖然碳纖維的價(jià)格近年來迅速下降，但它仍然是一種昂貴且備受追捧的材料。對(duì)于下一代節(jié)省燃料的運(yùn)輸，越來越多地尋求諸如高強(qiáng)度重量比的碳纖維復(fù)合材料特性。減少車輛，飛機(jī)或航天器的重量會(huì)在其預(yù)期壽命期間顯著影響其燃料效率。碳纖維越來越多地被研究作為一些鋁結(jié)構(gòu)的替代品，特別是由于它的重量減輕。然而，碳纖維復(fù)合材料的高前期材料成本可以阻止?jié)撛诘挠脩暨m應(yīng)。
此外，傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料的制造需要比鋁更多的加工參與。
在諸如樹脂傳遞模塑（RTM）的工藝中，例如，編織的碳纖維織物在CAD中進(jìn)行描繪，按比例切割，用基質(zhì)材料潤(rùn)濕并使其固化成形。然而，這些過程通常更加勞動(dòng)密集，并且缺乏諸如金屬銑削或金屬板彎曲之類的競(jìng)爭(zhēng)過程中所見的自動(dòng)化。
您已經(jīng)確定了TFP可以產(chǎn)生影響的一些特定領(lǐng)域，包括減少浪費(fèi)。這有多少問題？
TA：許多傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料構(gòu)造技術(shù)的主要材料成本之一是產(chǎn)生大量廢料。在許多使用碳纖維編織材料的手糊工藝中，廢料可以容易地占所用碳總重量的50％或更多。在用基質(zhì)材料浸漬之前，當(dāng)織物最初被切割時(shí)產(chǎn)生這種廢物。在復(fù)合材料已經(jīng)固化之后和在后處理步驟期間產(chǎn)生額外的廢物，其中形狀被進(jìn)一步精制。
TFP的獨(dú)特之處在于它能夠減少?gòu)U料，從而優(yōu)化材料成本。通過在將絲束材料縫合成所需幾何形狀時(shí)控制絲束材料的路徑，材料僅放置在最終預(yù)制件中所需的位置。在傳統(tǒng)的層壓板設(shè)計(jì)中必須切割的織物區(qū)域簡(jiǎn)單地保持不被縫合。由于能夠符合復(fù)雜的幾何形狀，該過程減少了在切割機(jī)織織物時(shí)形成的初始廢物以及后處理廢物。
展開 碳纖維及玻璃纖維復(fù)合材料助力核反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)1億攝氏度高溫
英國(guó)公司Rockwood Composites 前不久宣布，成功采用復(fù)合材料為英國(guó)私人聚變能源公司Tokamak Energy最新的核反應(yīng)堆ST40組裝了核心部件。
該核心部件由環(huán)形場(chǎng)線圈的24個(gè)內(nèi)部單元組成，每個(gè)單元都由“玻璃纖維預(yù)浸料/Kapton聚酰亞胺薄膜/玻璃纖維預(yù)浸料”層結(jié)構(gòu)來進(jìn)行絕緣。
硅增強(qiáng)固化系統(tǒng)被用來控制固化過程的位置和壓力。這樣做能夠使空氣和樹脂逐漸從Kapton聚酰亞胺薄膜層下方被擠壓出來，從而確保Kapton能夠緊密的粘接在環(huán)向場(chǎng)線圈上形成均一連續(xù)的絕緣層。
粘接線厚度需要精確控制。一層干的玻璃纖維織物被用來對(duì)粘接線厚度和分散的粘接系統(tǒng)進(jìn)行控制，粘接厚度為0.1mm。
Rockwood公司將這一絕緣措施同時(shí)應(yīng)用在了ST40諸多磁場(chǎng)中的螺線管線圈上。同樣，玻璃纖維預(yù)浸料和Kapton聚酰亞胺薄膜以螺旋重疊的方式在線圈纏繞過程中被應(yīng)用在了線圈之間。最終，整個(gè)螺線管被玻璃纖維預(yù)浸料所包裹。
Rockwood公司還為ST40反應(yīng)堆提供低溫懸浮系統(tǒng)，該系統(tǒng)由大量的定制碳纖維帶組成。這項(xiàng)技術(shù)同樣在全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃”中得到了使用，該項(xiàng)目共涉及了來自35個(gè)國(guó)家的工程師和科學(xué)家。
Rockwood公司的運(yùn)營(yíng)主管Mark Crouchen表示：“核聚變裝置創(chuàng)造了一個(gè)比太陽系內(nèi)任何區(qū)域都要嚴(yán)酷的極端溫度環(huán)境。復(fù)合材料的性能可以幫助設(shè)備實(shí)現(xiàn)比太陽核心溫度更高的極端高溫條件。”
ST40的成功設(shè)計(jì)向世人展示了在結(jié)構(gòu)緊湊、高性價(jià)比的設(shè)備中也能夠獲得1億攝氏度的聚變溫度。
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百年的碳纖維，千年的復(fù)合材料
如果從1880年算起，碳纖維誕生距今已有138年的歷史。那時(shí)候的碳絲被用來做電燈的燈絲。
如果從1956年算起，碳纖維應(yīng)用距今也有62年的歷史。那時(shí)候的碳絲被用來做耐燒蝕的復(fù)合材料。
前后不過百年的歷史，碳纖維已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域占據(jù)極為重要的地位。而對(duì)于復(fù)合材料，歷史則相當(dāng)久遠(yuǎn)。
早在7000年以前，人們已經(jīng)開始用秸稈和泥土混合，夯實(shí)成土墻。這就是早期的復(fù)合材料原型，秸稈用來增強(qiáng)，泥土用來做基體。這種土墻環(huán)保耐用，冬暖夏涼。直到上世紀(jì)80年代農(nóng)村還有很多這樣的房子。
復(fù)合材料并不是人類的創(chuàng)造，其實(shí)，對(duì)于復(fù)合材料的理解，大概昆蟲、鳥和蝙蝠等動(dòng)物比人類要理解的更早也更透徹，它們將復(fù)合材料的原理應(yīng)用到筑窩的過程中，以此來抵御天敵的攻擊。燕子嘴銜樹枝和泥巴混合做的窩，堅(jiān)固又耐用。
所以，人類對(duì)復(fù)合材料的利用雖然有幾千年歷史，但是對(duì)復(fù)合材料的理解并不透徹，跟動(dòng)物并沒有本質(zhì)區(qū)別。
現(xiàn)代復(fù)合材料興起于20世紀(jì)40年代，自從玻璃纖維和合成樹脂大量商品化生產(chǎn)以后，纖維復(fù)合材料逐漸發(fā)展成為具有工程意義的材料。到這里，可以認(rèn)為人類對(duì)復(fù)合材料的理解進(jìn)入理性認(rèn)識(shí)階段。
碳纖維自從被發(fā)明出來做燈絲之后，應(yīng)用并沒有擴(kuò)展開來。因?yàn)楫?dāng)時(shí)燈泡真空技術(shù)達(dá)不到，第一個(gè)燈泡僅亮了40小時(shí)就被氧化了。之后鎢絲替代了碳絲，碳纖維暫別歷史舞臺(tái)。
現(xiàn)代復(fù)合材料的誕生，催生了人類對(duì)高性能纖維的需求，自玻璃纖維之后，硼纖維、碳纖維相繼被寄予厚望，最終碳纖維以其高比強(qiáng)度、高比模量、工藝成熟度高而被廣泛關(guān)注。
早期發(fā)展出的現(xiàn)代復(fù)合材料，由于性能相對(duì)較低、生產(chǎn)量大、使用面廣，被稱之為常用復(fù)合材料。后來隨著高技術(shù)發(fā)展的需要，在此基礎(chǔ)上又研發(fā)出了高性能的先進(jìn)復(fù)合材料。
復(fù)合材料的發(fā)展迅速，其地位也非常重要，對(duì)于航空強(qiáng)國(guó)來講，尤其具有戰(zhàn)略價(jià)值。
展開 休斯頓大學(xué)研究人員探索比傳統(tǒng)玻璃纖維和碳纖維更抗沖擊的天然蠶絲纖維復(fù)合材料
休斯敦-清湖大學(xué)的一位研究人員正致力于生產(chǎn)比傳統(tǒng)玻璃纖維和碳纖維更抗沖擊的天然蠶絲纖維復(fù)合材料。
休斯敦大學(xué)-清湖大學(xué)機(jī)械工程助理教授Youssef Hamidi展示了他的絲綢纖維復(fù)合材料的樣品，他說絲綢纖維會(huì)使復(fù)合材料對(duì)沖擊和壓力更有彈性。這增加了制造承重復(fù)合材料的可能性，這種復(fù)合材料可以取代汽車和其他制成品中使用的大部分鋼材。
美國(guó)得克薩斯州休斯敦大學(xué)(UHCL)機(jī)械工程助理教授優(yōu)素福·哈米迪(Youssef Hamidi)正在研究用于復(fù)合材料的蠶絲纖維，以滿足對(duì)強(qiáng)度、重量輕和可持續(xù)性相結(jié)合的天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料日益增長(zhǎng)的需求。
在他最近發(fā)表在“材料”雜志上的研究中，哈米迪聲稱，絲綢纖維比傳統(tǒng)的玻璃纖維或碳纖維更具有韌性，具有很高的拉伸強(qiáng)度，使它們不那么脆，更能承受沖擊和壓力。他說，這增加了為汽車和其他行業(yè)制造承重的絲綢纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的可能性。哈米迪于2018年加入U(xiǎn)HCL機(jī)械工程學(xué)院，自2000年以來一直在研究復(fù)合材料，主要研究如何減少工藝引起的缺陷。
他和俄克拉何馬大學(xué)航空航天與機(jī)械工程學(xué)院(美國(guó)俄克拉何馬州諾曼)的研究同事一年前就開始用絲綢了。
“我在想什么才是最合適的，”哈米迪說。在大多數(shù)(生物基)應(yīng)用中，人們使用的是短的植物基纖維。但是絲綢有更高的性能。很容易買到。它并不缺乏。“。
哈米迪第一次使用直接從蠶繭中提取的絲絲，但發(fā)現(xiàn)它很麻煩。他很快發(fā)現(xiàn)貨架上的絲綢效果最好。然而，他發(fā)現(xiàn)樹脂一旦干燥，就會(huì)在樹脂內(nèi)部留下微小的空隙或氣泡，而且樹脂不能完全附著在織物上。了解這些空洞是如何形成和如何消除它們是哈米迪博士論文的主題。
Hamidi說，這些都是復(fù)合材料制造中的常見問題，通常通過使用高壓釜來消除成型過程中的缺陷來解決。
展開 軍用戰(zhàn)斗機(jī)中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用及材料選擇標(biāo)準(zhǔn)（一）：應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)
另一方面，使用復(fù)合材料不是戰(zhàn)斗機(jī)的特權(quán)，復(fù)合材料在商用飛機(jī)上的首次重大應(yīng)用是空客公司1983年在A300和A310的方向舵上的應(yīng)用，然后是1985年在垂直尾翼上的應(yīng)用。
圖1 歐洲臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)中的主要材料
由于復(fù)合材料具有較高的比剛度和強(qiáng)度，因此在運(yùn)輸應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注，而由于重量較輕，燃料消耗和排放量都可以減少。據(jù)悉，一架客機(jī)每增加一公斤，每年需要增加130升燃料。可以預(yù)計(jì)，碳纖維復(fù)合材料的使用范圍將達(dá)到幾乎所有的區(qū)域和約40%的結(jié)構(gòu)重量將由碳纖維復(fù)合材料制成。在新型戰(zhàn)斗機(jī)的開發(fā)中，不斷提高性能的需求要求在載重結(jié)構(gòu)上大幅度減輕重量。除了設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)（例如集成設(shè)計(jì)、優(yōu)化），碳纖維復(fù)合材料以及更高效的施工方法具有顯著的減重潛力。
在本系列文章中將會(huì)介紹戰(zhàn)斗機(jī)用碳纖維復(fù)合材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)，以便在重量、強(qiáng)度和成本方面選擇最合適的材料來滿足要求，本文首先介紹了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。
Part 1:飛機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)
碳纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于許多現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)，如洛克希德·馬丁F-35閃電戰(zhàn)斗機(jī)、歐洲戰(zhàn)斗機(jī)、拉斐爾和薩博鷹獅。碳纖維材料是飛機(jī)承重結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的材料之一，例如：機(jī)翼蒙皮、襟副翼、垂直穩(wěn)定器、 機(jī)身和尾翼等。
歐洲臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)，約40%的結(jié)構(gòu)重量是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（上圖1）。重量節(jié)省可以增加有效載荷范圍，提供在恒定性能水平下縮小子系統(tǒng)尺寸的機(jī)會(huì)，或者可提供更好的燃料效率。
再比如，美國(guó)第五代戰(zhàn)斗機(jī)F/A-22，作為全球最先進(jìn)的飛機(jī)，它在機(jī)身、機(jī)翼和尾翼的最重要部分使用了碳纖維復(fù)合材料。事實(shí)上，這款軍機(jī)中的鈦合金占該總重量的40%，復(fù)合材料占34%。
此外，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性促使了其他飛機(jī)部件的開發(fā)。如今的隱形飛機(jī)是由碳纖維增強(qiáng)聚合物制成的，因?yàn)?em>碳纖維具有優(yōu)越的性能，有助于減少熱輻射和雷達(dá)反射。
展開 CFRP碳纖維復(fù)合材料鉆削仿真
運(yùn)動(dòng)可以完成，但是鉆削完成之后空中間的材料還存在，而且應(yīng)力效果基本看不出來，著急，求大神指教，有償！
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