碳纤维增强树脂基复合材料的应用及展望

陈思魁，郭荣辉

(四川大学轻工科学与工程学院，四川成都 610065)

纤维增强聚合物(FRP)复合材料由聚合物基体和增强纤维组成，使CFRP 成为FRP 的一个子组。 与热塑性聚合物相比，基质通常是热固性聚合物，因为它具有更好的机械性能和更好的纤维基体附着力，但热塑性塑料也可以用作基质。 用作基质的最常见聚合物是聚酯、丙烯酸和环氧树脂[1－2]。CFRP 由CF 作为增强材料组成，以提高复合材料的机械性能，聚合物作为基体将纤维粘合在一起并保护它们免受环境影响。 近年来，碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料因其高比强度、高刚度和高耐腐蚀性等优越性能，它们非常适合高强度和刚度、更轻的重量和出色的疲劳特性，是关键要求的应用。 与铝和钢相比，碳纤维的比强度(取决于所使用的纤维)高出约十倍。 在过去二十年中，全球CFRP 的复合年增长率(CAGR)约为12.5%。 十多年来，CFRP 已成功应用于航空航天、汽车、铁路运输和风能领域[3]。

1 碳纤维增强树脂基复合材料的成型工艺

CFRP 的常用制备方法主要包括手糊、树脂传递模塑(RTM)、拉挤成型、增材制造(AM)和压缩成型(CM)。

1.1 手糊工艺

手糊是最简单的复合材料制造工艺，包括几个简单的加工阶段和基础设施，但主要限于热固性聚合物。 这是一个手动过程，其中每个碳纤维板以所需的方向逐层放置，直到首选厚度，并通过滚筒和刷子在层之间使用树脂。 然而，这是一个劳动密集型的过程，很难通过这个过程制造像飞机部件这样的复杂结构。 此外，该技术制备的复合材料由于界面处的粘结较弱，抗冲击性和抗弯强度较差。……