碳纤维的兴起尽管碳纤维3D打印已经问世十多年,但它**近几年才快速兴起。目前,市面上现有的许多3D打印机制造商都在争先恐后地宣传“碳纤维3D打印”概念,但事实上,各种碳纤维之间也存在差别。本次将为您介绍3D打印领域中碳纤维的基础知识,文中将定义不同的类型,研究面临的挑战、优点、实现注意事项等。在碳纤维打印领域,我们将深入研究Markforged的碳纤维增强 (Carbon Fiber Reinforcement, CFR) 的优点。碳纤维由沿着细长晶体结构方向排列的碳原子组成,直径为5-10 微米。这些纤维既可以单独使用,也可以将数千根碳纤维单丝捆束起来组成纤维束加以使用。在现代制造业中,碳纤维通常会与其他材料结合构成复合材料来使用。碳纤维填料内含1,200,000根碳纤维细丝。国产碳纤维填料产业化
水泥制品一般是指混凝土、水泥砂浆和石棉水泥。石棉及其制品因对环境造成严重污染,已被逐步淘汰出建材领域,取而代之的是新一代增强纤维。传统水泥制品的特性是抗压强度高,拉伸强度和杨氏模量低,抗弯性能差。就综合性能而言,碳纤维占优势。如果在水泥混凝土中加入少量碳纤维,拉伸强度可成倍提高,抗弯强度也随碳纤维加入量的增加而直线上升,碳纤维长丝的增***果好,但适宜采用短切碳纤维,经打浆工序可得到碳纤维均匀分布的砂浆。同时,短切碳纤维价格低,尤其是沥青基碳纤维,容易被建材市场接受。江西耐用碳纤维填料填塞的碳纤维束长丝,具有较为松散不影响水利通道的特性。
其次,制作复合材料的基体。碳-碳复合材料的基体有树脂碳和热解碳两种,树脂碳是由合成树脂或沥青经碳化和石墨化获得,热解碳是由烃类气体的气相沉积获得。***,把坯体与基体复合成型。方法有两种一、把来源于煤油和石油的熔融的沥青在加热加压的条件下浸渍到碳纤维坯体的结构缝隙中,然后使其热解,再反复浸渍-热解直到复合材料达到要求密度。二、通过气相化学沉积法在热的基质材料上形成**度热解石墨。RTM工艺是复合材料较为常用的一种成型工艺,该工艺是将纤维增强材料或预成坯铺放到闭模模腔内,用压力将树脂液注入模腔,浸透纤维或预成型坯,然后固化,脱模成型制品。其工艺特点为,可以制造两面光洁的制品,成型效率高,适合于中等规模(年产量为2万~5万件)的复合材料产品生产,为闭膜成型技术,不污染环境,增强材料可根据产品受力情况任意铺放。生产设备投资少,属于低成本、高性能复合材料成型技术,尤其适合于小批量、多品种汽车结构件、覆盖件的生产,国外已普遍应用。
目前,碳-碳复合材料的发展立足于新工艺、新设备的研制与发展,努力降低生产成本,而且努力的想办法克服自身的缺点。如:碳-碳复合材料的抗氧化的性能差,目前改善的方法有:浸渍树脂时加入抗氧化剂;气相沉碳时加入其它抗氧化元素等等。碳-碳复合材料还有其它固有的缺点,如在加工方面制造加工的周期太长、可塑性太差、成本太高,这些不足之处在以后的发展中将会得到解决。汽车碳纤维又称汽车碳化纤维,泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬,所以它的用途很***。主要是应用在外壳和零件上面。汽车碳纤维有着质轻、安全、经济的特点。有着先进的设备和专业的技术团队。
因此,设计玻璃钢零件时,其允许承载应力不超过极限应力的60%。而碳纤维则因弹性模量大,设计时可以允许在极限应力条件下使用。另外,在高温老化试验中,碳纤维树脂复合材料的强度损失也比玻璃钢小。因此,碳纤维树脂复合材料可以制作宇宙飞行器的外层材料,人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构架。在机械工业中,碳纤维树脂复合材料用作承载零件(如连杆)和耐磨零件(如活塞、密封圈)以及像齿轮、轴承等承载耐磨零件。它还用作有抗腐蚀要求的化工机械零件,如容器、管道、泵等。但这类材料不足之处是,碳纤维与树脂的黏结力不够大,各向异性程度较高,耐高温性能差等含碳量在90%以上的度高模量纤维。耐高温居所有化纤之某首。靠谱的碳纤维填料互惠互利
各有不同的使用工况,使用方法和优缺点。国产碳纤维填料产业化
碳纤维增强塑料的基体,可用热塑性树脂,也可用热固性树脂。为了有效地利用CFRP的比刚度,多用热固性树脂作基体,其中**常用的是环氧树脂;在考虑耐热稳定性和耐烧蚀的要求时,多用酚醛树脂和聚酰亚胺等热固性树脂,树脂浇铸物的挠曲模量愈高,CFRP的挠曲强度也愈好。酚醛树脂很早就作为电气绝缘材料使用。由于是脱水缩合型,固化时必须高温高压,因此加工麻烦,应用受限。但酚醛树脂在高温热解时形成碳化产物,能和碳纤维一起形成良好的耐烧蚀材料。碳纤维增强塑料和硼纤维增强塑料得到了发展。掌握这些材料的特性,把它用来作为航空及宇宙航行的结构材料,已成为研究重点。要把这些复合材料作结构材料应用,就必须测定它的各种特性。在测定这些性能的试验中,有静态强度试验和动态强度试验。国产碳纤维填料产业化
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