碳纖維增強基復合材料范文第1篇
目前, 全世界正面臨著三大嚴重問題, 其一是能源短缺, 其二是人口膨脹, 其三是環境污染。在環境污染中, 尤其以噪聲污染給人們的居住環境帶來最直接的影響, 再加上自然能源短缺的限制, 這就使新型建筑材料的研發變得愈發緊迫起來。長期以來, 人們在吸引隔音材料方面主要是以麻、棉等多孔有機材料制成, 后來人們又研發出多孔無機隔音材料, 隨后又陸續發展出了共振吸聲隔音材料與金屬吸聲隔音材料, 不過雖然金屬吸聲隔音材料的隔音效果較好, 但價格高昂, 不易制作, 因此逐漸被市場所淘汰。隨著建筑市場的不斷發展, 水泥基纖維板由于其具備吸聲效果好、保溫好、無污染等優勢, 也開始吸引了人們的注意, 并在建筑市場中得到了廣泛的應用。本文通過對復合鋸末水泥基纖維板與泡沫水泥板的生產工藝進行探討, 并對各個生產因素對板材的性能影響進行分析, 以此探索這兩種水泥基纖維板在隔音性能上的優勢。
一、復合鋸末水泥基纖維板的研制
(一) 材料、設備及方法
復合鋸末水泥基纖維板所選用的原材料分別為復合鋸末、水泥、無水氯化鈣和硫酸鋁助劑及水, 復合鋸末可由多種樹木制成, 如落葉松、楊木、樺木等, 并按照一定的比例進行摻合, 使其形成復合鋸末。在復合鋸末中, 大部分木纖維的長度范圍在5至19毫米, 經過晾曬與松散結團后作為水泥基纖維板的生產原材料, 水泥為水泥廠所生產的天鵝牌425普通硅酸鹽水泥, 化學助劑無水氯化鈣與硫酸鋁助劑的使用目的在于降低復合鋸末中的某種化學成分給水泥硬化帶來的不利影響。復合鋸末水泥基纖維板的生產設備包括XLB-D500×500型壓力成型機、EL-10KA型高低交變濕熱試驗箱、JTZB型駐波管測試系統與JW-IH型熱流劑導熱儀。其研制流程包括將復合鋸末與水泥按照一定的比例進行摻合, 然后攪拌均勻, 在攪拌過程中需要添加水、無水氯化鈣與硫酸鋁助劑, 攪拌均勻后將其進行鋪裝成型, 并送入壓力成型機中進行冷壓成型, 成型后取出放入熱流劑導熱劑進行熱養護與常溫養護, 然后依據相應的規格進行裁邊定尺, 再次進行常溫養護, 然后放入高低交變濕熱試驗箱中進行調濕處理從而得出樣板, 采用力學性能測試方法對樣板的抗折與抗壓情況進行測試, 并利用駐波管測試系統對樣板進行測試。對隔音性能的測試采用駐波管法, 整個測試過程依據GBJ88-85國家標準來進行嚴格執行。
(二) 試驗階段
在復合鋸末水泥基纖維板的試驗中, 為了便于性能方面的比較, 試驗采用正交表來對樣板進行實驗, 并將復合鋸末水泥基纖維板中的水灰比、木灰比及無水氯化鈣和硫酸鋁助劑的變化情況作為變量因子, 在試驗中對這些變量因子的水平值進行確定, 從而判斷這些變量因子的變化給該水泥基纖維樣板的性能帶來的影響。如表1所示為復合鋸末水泥基纖維板各變量因子的變化水平表。
經過正交試驗, 得出各變量因素中以水灰比摻量為0.4%, 木灰比摻量為0.54%, 氯化鈣摻量為3%, 硫酸鋁摻量為4.5%的樣板性能最優, 即水灰比水平為2, 木灰比水平為1, 硫酸名摻量水平為3, 氯化鈣摻量水平為3時復合鋸末水泥基纖維板的性能最好。通過抗壓強度與抗折強度的力學測試方法可得出, 該樣板的抗壓強度為11.2MP/㎡, 抗折強度為4.3MP/㎡。通過駐波管法對該樣板的吸音系數進行測試, 駐波測試結果表明該樣板在1600HZ的噪音頻率中, 其吸聲系數最高為0.36。
(三) 影響因素分析
通過試驗結果可以知道, 復合鋸末水泥基纖維板中影響其抗折強度與抗壓強度性能的變量因素是硫酸鋁摻量>水灰比>氯化鈣摻量>木灰比。影響其隔聲效果的主要因素為木灰比>水灰比>氯化鈣>硫酸鋁。在復合鋸末水泥基纖維板中, 硫酸鋁與氯化鈣化學助劑能夠防止復合鋸末中的水溶性糖類物質溶出, 從而避免了這些水溶性糖類物質給水泥的硬化與凝結帶來的不利影響, 化學助劑能夠進一步促進普通硅酸鹽凝結, 并加快水泥中的礦物成分水解, 從而提高了復合水泥基纖維板的硬度, 使其在抗折與抗壓強度方面得到了良好的效果。而木灰比對板材的性能影響也十分重要, 當木灰比增加時, 板材的密度會相應增加, 從而使板材中的木纖維與水泥進行緊密結合, 從而提高了板材的抗折強度與抗壓強度。當然, 木灰比并不是越大越好, 當木灰比過大時, 由于木灰比與水灰比是相互關聯的, 這會使水灰比的膨脹率變大, 從而造成板材強度降低。而在吸聲性能上, 木灰比的增加會使板材密度增加, 進而增加了介質共振的傳聲幾率, 從而造成其在吸聲系數上相對較低。
二、泡沫水泥基纖維板的研制
(一) 材料、設備及方法
泡沫水泥基纖維板所選用的原材料分別為水泥、木纖維、廢舊泡沫顆粒 (聚苯顆粒) 、聚羧酸減水劑與水。水泥為42.5天鵝牌快硬硫鋁酸鹽水泥, 木纖維為建材廠所生產的均長為1.1毫米的木纖維。廢舊泡沫顆粒, 即聚苯顆粒為人工破碎以后獲得, 其粒徑為1至10毫米, 平均粒徑約為5毫米, 添加劑聚羧減水劑的使用目的是為了提高泡沫水泥基纖維板的密度, 使其能夠快速成型。泡沫水泥基纖維板的生產設備包括JJ5型水泥膠砂攪拌機、DP71型體視顯微鏡、水泥試件抗折試驗機、養護箱、EHDC型恒加載壓力試驗機與干燥箱。泡沫水泥基纖維板的研制流程包括, 制作一種與復合鋸末水泥基纖維板尺寸相同的金屬試模, 并在試模的內壁中涂抹機油, 這樣能夠使制成的泡沫水泥基纖維板的脫模變得更加方便。然后將水泥、木纖維、廢舊聚苯顆粒按照規定的比例進行攪拌, 并在攪拌過程中添加聚羧減水劑, 使其攪拌均勻, 然后將攪拌均勻后的料漿倒入到金屬試模當中, 然后利用木尺等工具將金屬試模中多余的料漿刮平, 將模具放到振實臺上進行振實, 振實以后試件成型時, 將試件放到溫度在15℃至25℃的常溫環境下進行晾曬, 1-2天后對試件進行編號, 然后進行拆模, 并將拆模后型成的樣板放到溫度為19℃至21℃, 濕度超過90%以上的養護環境中進行養護。
(二) 試驗階段
在泡沫水泥基纖維板試驗中, 對水泥的質量進行了規定, 為每組樣板中摻入1.4千克水泥, 聚羧減水劑的添加量是水泥質量的0.8%, 然后利用正交表來對樣板進行試驗, 分別將樣板的水灰比、木灰比及聚苯顆粒的變化情況作為變量因子, 并在試驗中分別對各個變量因子的水平值進行確定, 以此探討相關變量因子對水泥基纖維板的性能影響。在對泡沫水泥基纖維板的性能進行測試時, 采用與復合鋸末水泥基纖維板相同的測試方法來對樣板進行力學性能測試, 包括樣板的抗折強度與抗壓強度, 同時, 應用駐波管測試系統來對泡沫水泥基纖維板試板進行測試, 測試標準與復合鋸末水泥基纖維板相同。如圖2所示為泡沫水泥基纖維板變量因子水平變化表。
經過正交試驗, 得出各變量因素中以水灰比摻量為0.5%, 木灰比摻量為10%, 泡沫顆粒摻量為800m L時的樣板性能最優, 即水灰比水平為1, 木灰比水平為3, 泡沫顆粒摻量為1時泡沫水泥基纖維板的性能最好。通過抗壓強度與抗折強度的力學測試方法可得出, 該樣板的抗壓強度為8.2MP/㎡, 抗折強度為2.3MP/㎡。通過駐波管法對該樣板的吸音系數進行測試, 駐波測試結果表明該樣板在1600HZ的噪音頻率中, 其吸聲系數最高為0.28。
(三) 影響因素分析
通過試驗結果可以知道, 在泡沫水泥基纖維板中, 對抗折強度與抗壓強度的變量因子影響順序為木灰比>水灰比>泡沫顆粒摻量。當木灰比增大時, 泡沫水泥基纖維板的密度明顯增加, 這也使其在抗折強度與抗壓強度方面明顯提高。而水灰比增大時, 板材的密度會隨著其水泥漿體的增加而造成密度降低, 當水灰比過大時, 還會造成水泥與聚苯乙稀顆粒分離現象, 因此需要適當降低水灰比。而泡沫顆粒的摻量在板材密度的影響上相對不高, 不過泡沫顆粒摻量的增加雖然會使密度相應下降, 但卻會使板材的強度明顯下降。而在影響其隔音效果的主要變量因子為木灰比>水灰比>泡沫顆粒摻量, 這是因為板材的密度降低時, 便會在一定程度上提高吸聲系數, 不過, 正是因為強度方面的限制而造成其在吸聲系數的提升幅度上不會太大。
三、復合鋸末與泡沫水泥基纖維板的性能評價
通過對復合鋸末水泥基纖維板的試驗結果與泡沫水泥基纖維板的試驗結果進行對比分析, 可以明確的是, 復合鋸末水泥基纖維板的抗折強度與抗壓強度都要比泡沫水泥基纖維板的數值要高, 復合鋸末水泥基纖維板的抗折強度為4.3MP/㎡, 抗壓強度為11.2MP/㎡;而泡沫水泥基纖維板的抗折強度為2.3MP/㎡, 抗壓強度為8.2MP/㎡, 由此可見, 復合鋸末水泥基纖維板的物理性能要明顯優于泡沫水泥基纖維板, 在板材密度上也要高于泡沫水泥基纖維板。而泡沫水泥基纖維板由于其摻入了聚苯乙稀泡沫顆粒, 因此在密度上相對較低, 強度損失也較大, 一旦受到較大的沖擊, 很有可能會造成泡沫水泥基纖維板發生破碎。此外, 復合鋸末水泥基纖維板能夠進行重復利用, 在價格上也相對較低, 并且所采用的木纖維不會對環境造成污染。而泡沫水泥基纖維板卻不能夠進行重復利用, 這也使其在保護環境方面不如前者。在隔音性能上, 復合鋸末水泥基纖維板與泡沫水泥基維板的吸聲系數分別為0.36與0.28, 在1600Hz的高頻率聲波下, 兩者平均系數均高于0.2, 由于復合鋸末在各個方面的性能都要優于泡沫水泥基纖維板, 因此選用復合鋸末水泥基纖維板最佳。
結語
本文通過分別對復合鋸末水泥基纖維板與泡沫水泥基纖維板的研制過程進行闡述, 并利用正交表的方法來對這兩種材質的水泥基纖維板的性能進行測試, 明確了木灰比、水灰比、化學助劑及泡沫顆粒對板材性能的影響。測試結果表明, 復合鋸末水泥基纖維板無論是在強度方面、重復利用方面還是隔聲方面, 都要遠遠優于泡沫水泥基纖維板, 而這也將使其在建筑市場中逐漸替代聚苯乙稀泡沫板。在未來, 復合鋸末水泥基纖維板也必將成為改善人們居住環境的主要新型環保材料。
摘要：近些年來, 科學技術的發展也使人們的生活質量得到了極大程度的提高, 這也使人們對居住環境有了更高的要求, 但由于傳統的建筑材料給環境帶來了嚴重的污染, 因此研發具備無污染、經濟性高的新型環保建筑材料已經成為當前社會發展的重中之重。為此, 本文分別對復合鋸末水泥基纖維板與泡沫水泥基纖維板的研制工藝進行深入的分析, 探討了水灰比、木灰比、化學助劑對復合鋸末與泡沫吸引隔音水泥基纖維板性能的影響, 并分別評價了復合鋸末與泡沫的吸引隔音水泥基纖維板的隔音性能優勢。
關鍵詞：復合鋸末,泡沫,吸引隔音,燃燒性能,水泥基纖維板,性能評價
參考文獻
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碳纖維增強基復合材料范文第2篇
學
院：
專
業： 年
級： 姓
名：
2015年12月
目
錄
1 檢索報告 …………………………………………………3 1.1 課題背景 …………………………………………………3 1.2 檢索范圍 …………………………………………………4 1.3 檢索系統 …………………………………………………4 1.4 檢索方式 …………………………………………………5 1.5 檢索策略 …………………………………………………5 1.6 檢索結果及處理 …………………………………………5 2.專利總體分析 ………………………………………………5 2.1 專利文獻公布量年代分析 ………………………………6 2.2 專利權人分析 ……………………………………………6 2.3 技術領域趨勢分析
…………………………………7 2.4 申請人相對研發實力分析 ………………………………8 2.5專利類型分析
……………………………………………9 2.6法律狀態分析 ……………………………………………10 2.7機構屬性分析 ……………………………………………11
1檢索報告 1.1課題背景
碳纖維，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。 碳纖維具有許多優良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。 碳纖維與傳統的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。
碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，
這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。
由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。
隨著新技術的不斷發展，對材料的要求日益增加，碳纖維所具有的高強度(是鋼鐵的5倍)、出色的耐熱性(可以耐受2000℃以上的高溫)、出色的抗熱沖擊性、低熱膨脹系數(變形量小)、熱容量小(節能)、比重小(鋼的1/5)、優秀的抗腐蝕與輻射性能等優勢越來越能夠適應時代的要求。
1.2檢索范圍
國內相關專利
1.3檢索系統
SIPO專利檢索系統
1.4檢索方式
關鍵詞
1.5檢索策略 1.5.1檢索詞
碳纖維
carbon fibre 復合材料
composite material 1.5.2檢索策略
發明名稱=(碳纖維 AND 復合材料) 1.6檢索結果
通過以上檢索式在SIPO專利數據庫共檢索出相關合并同族專利后專利文獻1332篇.(經過閱讀，共篩選出相關文獻1032篇為基礎進行分析)
2.總體專利分析
2.1專利文獻公布量年代分析
從上圖中可以看出，碳纖維復合材料方面專利文獻公開量從2006年起整體呈增長趨勢。近十年的公布量分為兩個階段：第一階段2006年-2013年7年間，專利文獻數量由最開始的少于50篇增長至2013年的187篇;第二階段2013年-2015年三年間，專利文獻數量波動不大，進入了相對平穩時期，專利數量在150篇200篇之間。通過文獻公開量的趨勢可以看到，近年來，該領域中，專利文獻公開量呈快速增長趨勢。通過文獻量的趨勢，可以判斷出該領域的技術近年來呈平穩快速發展趨勢。
2.2 專利權人分析
從上表可以看出，碳纖維復合材料方面技術主要掌握于各個高校手中，申請前十有五所均為高校，專利權數量占前十總量的59.24%，其中哈工大申請數量最多、。前十另外四家為各個公司所有，值得注意的是第四名為個人肖忠淵。
2.3 技術領域趨勢分析
從上表可以看出，十年來，領域B32(層狀產品)以及領域H01(基本電器元件)盡管在2012年左右稍有增加，但從體來說年申請量基本沒有增長。而領域C08(有機高分子化合物;其制備及原料加工;以其為基料的組合物)和領域B29(塑料的加工;一般處于塑性狀態物質的加工)則在進十年間總體上呈高速狀態，盡管近兩年有所下滑，但也遠高于另外兩個領域，可以預見這兩個領域將是碳纖維復合材料今后的主要發展方向。
2.4申請人相對研發實力分析
從上表可以看出，申請量排名前十的申請人在不同領域的研發水平和側重情況有所不同，其中，最為平均的是哈爾濱工業大學和天津大學，在5~6個領域都有發明;最不平均的是肖忠淵，只在兩個領域有專利，而肖忠淵則在F16(工程原件或部件)領域獨占鰲頭，幾乎壟斷該項技術;而大連理工大學在B23(機床;其他金屬加工)方面具有壟斷性優勢。
2.5專利類型分析
從上表可以看出，在碳纖維復合材料領域發明書要遠大于實用新型數
2.6法律狀態分析
從上表可以看出，整體上來說，碳纖維符合材料相關專利的法律狀態并不樂觀，僅有約三分之一的專利有效，撤回，失效，駁回的專利占四分之一，而還有四成多的專利處于審核狀態，這提醒我們后來的人要注意申請專利時一定要各方面考慮完全，盡量提高申請成功率。
2.7機構屬性分析
碳纖維增強基復合材料范文第3篇
一、碳纖維復合材料的概況
二、碳纖維復合材料的結構
三、碳纖維復合材料的用途
四、碳纖維復合材料的優勢
五、碳纖維的產業
六、結論
1、概況
在復合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂復合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的復合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進，使其復合材料領域呈現出一派勃勃生機。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復合材料。
2、結構
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。
碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維，經熱穩定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。
碳纖維是一種力學性能優異的新材料，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。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。
3、用途 碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。
碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。
由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。
現在的F1(世界一級方程錦標賽)賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結構強度
碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。碳纖維增強的復合材料可用作飛機結構材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。
4、優勢
1、高強度(是鋼鐵的5倍)
2、出色的耐熱性(可以耐受2000℃以上的高溫)
3、出色的抗熱沖擊性
4、低熱膨脹系數(變形量小)
5、熱容量小(節能)
6、比重小(鋼的1/5)
7、優秀的抗腐蝕與輻射性能
5、碳纖維的產業
5.1 碳纖維的取材形式及比例
預浸布：51.6%，編織布：20%(其中有12.4%要經過預浸進入后段)，短切紗：19%，纖維絲束通過纏繞等方式直接使用：9.9%.
5.2 碳纖維產業鏈關聯度非常緊密，上游幫扶下游就是幫自己碳纖維產業鏈。碳纖維制造企業因為資金和技術的優勢，要成為引領整個產業鏈的生力軍!市場培育任重道遠!只有不斷推進從碳纖維向纖維材料以及復合材料制品的縱深發展，完善產業鏈，擴大碳纖維的應用范圍，才能使整個碳纖維行業實現跨越式的發展。 5.3 碳纖維產業鏈中的價值鏈我們常聽到關于碳纖維價值鏈的說法是：從石油原料到碳纖維，增值關系是1 到3，而把碳纖維做成復合材料，增值可以到10。而國際上還有一個類似的說法：一個工業用碳纖維復合材料零件的成本構成，其中碳纖維和樹脂的成本占25%，把碳纖維轉成預浸料或編織布(我們稱之為纖維材料)，轉化成本為15%，而把纖維材料制造成復合材料構件，需要60%的成本，原因是這個過程的邊角廢料太多，主要是沿襲于航空航天的成型工藝效率太低。 當很多人抱怨：碳纖維因為價格太高而影響其應用面時，我們必須重視除了25%～30%的碳纖維成本之外的其它70%～75%的纖維和構件成型的巨大成本。否則，即使碳纖維成本降得再低，做出的復合材料成本還是驚人!
6、結論
中國碳纖維“平民化”發展之路探討