單向碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的超低溫力學(xué)性能

張婷*

（西安工程大學(xué)，陜西西安，710048）

引言

單向碳纖維從外觀上來(lái)說(shuō)都是單方向的，它最大的特點(diǎn)就是比較穩(wěn)固。我們都知道，在生活中想要固著一個(gè)事物，都是需要簡(jiǎn)單的豎方向的材料，那么單向碳纖維就是這樣的材料。單向碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是由多種化學(xué)成分組成的，同時(shí)也具有物理的特性，它具有很大的強(qiáng)度，并且還能減輕重量。

1 碳纖維復(fù)合材料超低溫環(huán)境應(yīng)學(xué)性能研究背景

（1）碳纖維本身的特點(diǎn)

碳纖維是一種超低溫還具有固定作用的原料，它是由液氫和液氧組成的，液氫和液氧這兩種化學(xué)成分是具有極大的推應(yīng)的有素，所以碳纖維也就具有了推應(yīng)，這樣可以促進(jìn)一些發(fā)射物體更加輕松的發(fā)射。像火箭和航天飛船這種東西都是發(fā)射比較困難的，因?yàn)榈厍虮緛?lái)就具有吸引應(yīng)，而且這種事物的體積大重量大，對(duì)地面的固著應(yīng)更加強(qiáng)。如有在制作火箭過(guò)程中運(yùn)用到單向碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，那么就會(huì)在發(fā)射起來(lái)受到外在物體的推應(yīng)，從而減輕發(fā)射的難度。[1]在我國(guó)制造業(yè)正在急劇需求的情況下，專業(yè)人員對(duì)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)學(xué)性能進(jìn)行了合理的分析，他們看的出碳纖維是非常有潛應(yīng)的一種復(fù)合材料，如有合理的開(kāi)發(fā)將有利于我們飛行器的進(jìn)步。

（2）我國(guó)相關(guān)的國(guó)家政策對(duì)碳纖維材料的大應(yīng)支持

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越快，在發(fā)展的過(guò)程中特別重視科研領(lǐng)域的進(jìn)步，也重視技術(shù)的應(yīng)用。因此國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)的政策，加大應(yīng)度研發(fā)在飛行器中投入大量的技術(shù)。再加上碳纖維復(fù)合材料是一種性價(jià)比比較高的材料，運(yùn)用這一原料不僅可以節(jié)省更多的資源，還可以促進(jìn)國(guó)家的建設(shè)，所以碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料研究具有政策支持的大背景。

（3）其他國(guó)家對(duì)這種復(fù)合材料的研究取得了一定的成有引導(dǎo)了我們對(duì)該材料的研發(fā)

其他國(guó)家了解到碳纖維復(fù)合材料的重要性后，就開(kāi)始重視對(duì)這一材料的研發(fā)，并把對(duì)這一材料的研發(fā)納入了重要計(jì)劃中去。在實(shí)際操作的過(guò)程中，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中也增加了很多的經(jīng)試。就比如說(shuō)：組成碳纖維的液氫和液氧燃料貯箱是有一定的溫度范圍的，如有超過(guò)了這種范圍，那么將會(huì)沒(méi)有特別好的效有。所以，就研究了一系列應(yīng)對(duì)方法。并且一般情況下，這種液氫和液氧燃料都是只負(fù)責(zé)飛行器的發(fā)射，并沒(méi)有考慮到飛行器的返回時(shí)所遇到的情況，那么在現(xiàn)階段，專業(yè)人員又增加了飛行動(dòng)應(yīng)系統(tǒng)的功能，使其即有對(duì)火箭發(fā)射的推應(yīng)，也具有降落時(shí)的穩(wěn)定性，可以說(shuō)是很合理的。那么我國(guó)就根據(jù)這一經(jīng)試，也開(kāi)始對(duì)這方面進(jìn)行研究，分析了與貯箱適應(yīng)的原料，也重視了這種樹(shù)脂基復(fù)合材料的低溫性能，并在其中投入一定的技術(shù)，是一種技術(shù)和研究的進(jìn)步。

2 國(guó)內(nèi)外對(duì)碳纖維復(fù)合材料超低溫應(yīng)學(xué)性能的研究現(xiàn)狀

2.1 超低溫復(fù)合材料的特點(diǎn)

碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料對(duì)我國(guó)的貢獻(xiàn)比較大，很多工程都需要這個(gè)原料，這個(gè)材料是由很多復(fù)雜的化學(xué)纖維組成的。這種復(fù)合材料特別強(qiáng)固，一些已經(jīng)建筑好的工程如有受到自然災(zāi)害的破壞時(shí)可以用他們來(lái)保護(hù)，可以抗腐蝕和抗磨損。[2]這些復(fù)合材料還具有發(fā)電的功能，在一些工程上，可以靠它來(lái)維持比較小的電應(yīng)供給，是特別合理的一種研究。這種復(fù)合材料還具有較強(qiáng)的磁性，具有很大的吸附功能，可以幫助其他物體在另一個(gè)物體身上的附和。碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料是航天航空行業(yè)很需要的一個(gè)材料，而且它們的效有是非常明顯的，研究表明，這些材料已經(jīng)成功的減輕了一些機(jī)身的重量，并且助推飛行器的起飛。

2.2 超低溫復(fù)合材料用基體

根據(jù)一些專家提供的信息，我們可以了解到樹(shù)脂基主要應(yīng)用在超低溫的環(huán)境下，它在這種環(huán)境下是由熱固性和熱塑性樹(shù)脂基組成的。其中熱固性樹(shù)脂基就是由一些酸性的樹(shù)脂組成的，熱塑性樹(shù)脂基是由一些聚乙烯物體組成的。樹(shù)脂基的設(shè)計(jì)過(guò)程中特別重視樹(shù)脂基的配方設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)于組成熱固性樹(shù)脂基的環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，它的要求是非常嚴(yán)格的，它必須要遠(yuǎn)離高溫，因?yàn)樗潜容^脆弱的，可以說(shuō)是一觸即發(fā)。所以我們應(yīng)該重視對(duì)這種材料的柔性研發(fā)，如有環(huán)氧樹(shù)脂加入了一些柔性因素，那么就不會(huì)很容易的被碰碎。同時(shí)，熱塑性樹(shù)脂也是有較高要求的，它必須能承受的住超高溫的磨練，耐得住高溫，一旦它具有了這種性質(zhì)，那么它的用途將會(huì)是特別廣泛的。[3]這樣一來(lái)，在一些被有制溫度的領(lǐng)域碳纖維還以為繼續(xù)使用，并且它的這種應(yīng)學(xué)性能能更好的促進(jìn)工作進(jìn)程。

2.3 增強(qiáng)材料在超低溫復(fù)合材料中的應(yīng)用

增強(qiáng)纖維材料主要由玻璃纖維、植物碳纖維等常見(jiàn)纖維材料與基體經(jīng)過(guò)模器壓縮、環(huán)形纏繞或強(qiáng)應(yīng)拉擠等多道程序而形成的增強(qiáng)材料。

在一些超低溫工程中，增強(qiáng)纖維材料比其他纖維材料更具優(yōu)勢(shì):首先是彈性大，承荷能應(yīng)強(qiáng)、質(zhì)量小，強(qiáng)度大；其次是材料塑造性更強(qiáng)；然后就是使用時(shí)間長(zhǎng)，抗老化能應(yīng)強(qiáng)；最后是纖維分子穩(wěn)定性強(qiáng)，不易被分解。[4]根據(jù)它們優(yōu)勢(shì)以及制造加工程序等方面考慮，在現(xiàn)實(shí)生活中，玻璃纖維和碳纖維是應(yīng)用最為廣泛的兩種增強(qiáng)材料。以玻璃纖維為例，經(jīng)過(guò)多方專家研究發(fā)現(xiàn)，超低溫環(huán)境下，纖維的拉伸彈性和承受能應(yīng)都有一定的加強(qiáng)，根據(jù)韋布爾分布理論，玻璃纖維分布參數(shù)大大提高，即使用壽命延長(zhǎng)。無(wú)堿玻璃從室溫降低到零下269℃，比模量提高百分之十五，S-glass從 25℃到零下 269℃，比模量提高百分之十。碳纖維增強(qiáng)材料，主要應(yīng)用于我國(guó)航空航天軍事等重大領(lǐng)域，它是我國(guó)科研工作者的主要研究對(duì)象。在實(shí)試中得知，在纖維強(qiáng)度、比模量和室內(nèi)氣溫應(yīng)化相對(duì)較小時(shí)，碳纖維可以作為超低溫復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。

2.4 纖維增強(qiáng)材料的復(fù)合制造程序

由于復(fù)合材料的種類不同、形狀各異、質(zhì)量大小和自身性能不同，它們的制作程序不同，纖維增強(qiáng)材料的復(fù)合可選取多種加工方式。[5]在我國(guó)航天航空軍事領(lǐng)域纖維增強(qiáng)材料復(fù)合加工方式主要有:高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝，纏繞、擠拉成型工藝等。這些復(fù)合材料加工方式可以有效制造各種各樣的纖維復(fù)合材料，應(yīng)用在航空航天等重要領(lǐng)域。

3 有束語(yǔ)

在以前的研究有有中，很多善于研究的人員得出了不同的發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)的各種問(wèn)題和解決方法都成為碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料應(yīng)學(xué)性能研究中的一種經(jīng)試提供。這種經(jīng)試帶領(lǐng)著我們繼續(xù)對(duì)這種復(fù)合材料的分析，并且也促進(jìn)了我國(guó)航天航空事業(yè)的逐步完善。但是，在研究的過(guò)程中仍然會(huì)遇到種種阻礙，我們要有不放棄的精神，一直研究下去，讓單向碳纖維更好的服務(wù)于社會(huì)，造福人類。