碳纤维增强基复合材料范文第1篇
目前, 全世界正面临着三大严重问题, 其一是能源短缺, 其二是人口膨胀, 其三是环境污染。在环境污染中, 尤其以噪声污染给人们的居住环境带来最直接的影响, 再加上自然能源短缺的限制, 这就使新型建筑材料的研发变得愈发紧迫起来。长期以来, 人们在吸引隔音材料方面主要是以麻、棉等多孔有机材料制成, 后来人们又研发出多孔无机隔音材料, 随后又陆续发展出了共振吸声隔音材料与金属吸声隔音材料, 不过虽然金属吸声隔音材料的隔音效果较好, 但价格高昂, 不易制作, 因此逐渐被市场所淘汰。随着建筑市场的不断发展, 水泥基纤维板由于其具备吸声效果好、保温好、无污染等优势, 也开始吸引了人们的注意, 并在建筑市场中得到了广泛的应用。本文通过对复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥板的生产工艺进行探讨, 并对各个生产因素对板材的性能影响进行分析, 以此探索这两种水泥基纤维板在隔音性能上的优势。
一、复合锯末水泥基纤维板的研制
(一) 材料、设备及方法
复合锯末水泥基纤维板所选用的原材料分别为复合锯末、水泥、无水氯化钙和硫酸铝助剂及水, 复合锯末可由多种树木制成, 如落叶松、杨木、桦木等, 并按照一定的比例进行掺合, 使其形成复合锯末。在复合锯末中, 大部分木纤维的长度范围在5至19毫米, 经过晾晒与松散结团后作为水泥基纤维板的生产原材料, 水泥为水泥厂所生产的天鹅牌425普通硅酸盐水泥, 化学助剂无水氯化钙与硫酸铝助剂的使用目的在于降低复合锯末中的某种化学成分给水泥硬化带来的不利影响。复合锯末水泥基纤维板的生产设备包括XLB-D500×500型压力成型机、EL-10KA型高低交变湿热试验箱、JTZB型驻波管测试系统与JW-IH型热流剂导热仪。其研制流程包括将复合锯末与水泥按照一定的比例进行掺合, 然后搅拌均匀, 在搅拌过程中需要添加水、无水氯化钙与硫酸铝助剂, 搅拌均匀后将其进行铺装成型, 并送入压力成型机中进行冷压成型, 成型后取出放入热流剂导热剂进行热养护与常温养护, 然后依据相应的规格进行裁边定尺, 再次进行常温养护, 然后放入高低交变湿热试验箱中进行调湿处理从而得出样板, 采用力学性能测试方法对样板的抗折与抗压情况进行测试, 并利用驻波管测试系统对样板进行测试。对隔音性能的测试采用驻波管法, 整个测试过程依据GBJ88-85国家标准来进行严格执行。
(二) 试验阶段
在复合锯末水泥基纤维板的试验中, 为了便于性能方面的比较, 试验采用正交表来对样板进行实验, 并将复合锯末水泥基纤维板中的水灰比、木灰比及无水氯化钙和硫酸铝助剂的变化情况作为变量因子, 在试验中对这些变量因子的水平值进行确定, 从而判断这些变量因子的变化给该水泥基纤维样板的性能带来的影响。如表1所示为复合锯末水泥基纤维板各变量因子的变化水平表。
经过正交试验, 得出各变量因素中以水灰比掺量为0.4%, 木灰比掺量为0.54%, 氯化钙掺量为3%, 硫酸铝掺量为4.5%的样板性能最优, 即水灰比水平为2, 木灰比水平为1, 硫酸名掺量水平为3, 氯化钙掺量水平为3时复合锯末水泥基纤维板的性能最好。通过抗压强度与抗折强度的力学测试方法可得出, 该样板的抗压强度为11.2MP/㎡, 抗折强度为4.3MP/㎡。通过驻波管法对该样板的吸音系数进行测试, 驻波测试结果表明该样板在1600HZ的噪音频率中, 其吸声系数最高为0.36。
(三) 影响因素分析
通过试验结果可以知道, 复合锯末水泥基纤维板中影响其抗折强度与抗压强度性能的变量因素是硫酸铝掺量>水灰比>氯化钙掺量>木灰比。影响其隔声效果的主要因素为木灰比>水灰比>氯化钙>硫酸铝。在复合锯末水泥基纤维板中, 硫酸铝与氯化钙化学助剂能够防止复合锯末中的水溶性糖类物质溶出, 从而避免了这些水溶性糖类物质给水泥的硬化与凝结带来的不利影响, 化学助剂能够进一步促进普通硅酸盐凝结, 并加快水泥中的矿物成分水解, 从而提高了复合水泥基纤维板的硬度, 使其在抗折与抗压强度方面得到了良好的效果。而木灰比对板材的性能影响也十分重要, 当木灰比增加时, 板材的密度会相应增加, 从而使板材中的木纤维与水泥进行紧密结合, 从而提高了板材的抗折强度与抗压强度。当然, 木灰比并不是越大越好, 当木灰比过大时, 由于木灰比与水灰比是相互关联的, 这会使水灰比的膨胀率变大, 从而造成板材强度降低。而在吸声性能上, 木灰比的增加会使板材密度增加, 进而增加了介质共振的传声几率, 从而造成其在吸声系数上相对较低。
二、泡沫水泥基纤维板的研制
(一) 材料、设备及方法
泡沫水泥基纤维板所选用的原材料分别为水泥、木纤维、废旧泡沫颗粒 (聚苯颗粒) 、聚羧酸减水剂与水。水泥为42.5天鹅牌快硬硫铝酸盐水泥, 木纤维为建材厂所生产的均长为1.1毫米的木纤维。废旧泡沫颗粒, 即聚苯颗粒为人工破碎以后获得, 其粒径为1至10毫米, 平均粒径约为5毫米, 添加剂聚羧减水剂的使用目的是为了提高泡沫水泥基纤维板的密度, 使其能够快速成型。泡沫水泥基纤维板的生产设备包括JJ5型水泥胶砂搅拌机、DP71型体视显微镜、水泥试件抗折试验机、养护箱、EHDC型恒加载压力试验机与干燥箱。泡沫水泥基纤维板的研制流程包括, 制作一种与复合锯末水泥基纤维板尺寸相同的金属试模, 并在试模的内壁中涂抹机油, 这样能够使制成的泡沫水泥基纤维板的脱模变得更加方便。然后将水泥、木纤维、废旧聚苯颗粒按照规定的比例进行搅拌, 并在搅拌过程中添加聚羧减水剂, 使其搅拌均匀, 然后将搅拌均匀后的料浆倒入到金属试模当中, 然后利用木尺等工具将金属试模中多余的料浆刮平, 将模具放到振实台上进行振实, 振实以后试件成型时, 将试件放到温度在15℃至25℃的常温环境下进行晾晒, 1-2天后对试件进行编号, 然后进行拆模, 并将拆模后型成的样板放到温度为19℃至21℃, 湿度超过90%以上的养护环境中进行养护。
(二) 试验阶段
在泡沫水泥基纤维板试验中, 对水泥的质量进行了规定, 为每组样板中掺入1.4千克水泥, 聚羧减水剂的添加量是水泥质量的0.8%, 然后利用正交表来对样板进行试验, 分别将样板的水灰比、木灰比及聚苯颗粒的变化情况作为变量因子, 并在试验中分别对各个变量因子的水平值进行确定, 以此探讨相关变量因子对水泥基纤维板的性能影响。在对泡沫水泥基纤维板的性能进行测试时, 采用与复合锯末水泥基纤维板相同的测试方法来对样板进行力学性能测试, 包括样板的抗折强度与抗压强度, 同时, 应用驻波管测试系统来对泡沫水泥基纤维板试板进行测试, 测试标准与复合锯末水泥基纤维板相同。如图2所示为泡沫水泥基纤维板变量因子水平变化表。
经过正交试验, 得出各变量因素中以水灰比掺量为0.5%, 木灰比掺量为10%, 泡沫颗粒掺量为800m L时的样板性能最优, 即水灰比水平为1, 木灰比水平为3, 泡沫颗粒掺量为1时泡沫水泥基纤维板的性能最好。通过抗压强度与抗折强度的力学测试方法可得出, 该样板的抗压强度为8.2MP/㎡, 抗折强度为2.3MP/㎡。通过驻波管法对该样板的吸音系数进行测试, 驻波测试结果表明该样板在1600HZ的噪音频率中, 其吸声系数最高为0.28。
(三) 影响因素分析
通过试验结果可以知道, 在泡沫水泥基纤维板中, 对抗折强度与抗压强度的变量因子影响顺序为木灰比>水灰比>泡沫颗粒掺量。当木灰比增大时, 泡沫水泥基纤维板的密度明显增加, 这也使其在抗折强度与抗压强度方面明显提高。而水灰比增大时, 板材的密度会随着其水泥浆体的增加而造成密度降低, 当水灰比过大时, 还会造成水泥与聚苯乙稀颗粒分离现象, 因此需要适当降低水灰比。而泡沫颗粒的掺量在板材密度的影响上相对不高, 不过泡沫颗粒掺量的增加虽然会使密度相应下降, 但却会使板材的强度明显下降。而在影响其隔音效果的主要变量因子为木灰比>水灰比>泡沫颗粒掺量, 这是因为板材的密度降低时, 便会在一定程度上提高吸声系数, 不过, 正是因为强度方面的限制而造成其在吸声系数的提升幅度上不会太大。
三、复合锯末与泡沫水泥基纤维板的性能评价
通过对复合锯末水泥基纤维板的试验结果与泡沫水泥基纤维板的试验结果进行对比分析, 可以明确的是, 复合锯末水泥基纤维板的抗折强度与抗压强度都要比泡沫水泥基纤维板的数值要高, 复合锯末水泥基纤维板的抗折强度为4.3MP/㎡, 抗压强度为11.2MP/㎡;而泡沫水泥基纤维板的抗折强度为2.3MP/㎡, 抗压强度为8.2MP/㎡, 由此可见, 复合锯末水泥基纤维板的物理性能要明显优于泡沫水泥基纤维板, 在板材密度上也要高于泡沫水泥基纤维板。而泡沫水泥基纤维板由于其掺入了聚苯乙稀泡沫颗粒, 因此在密度上相对较低, 强度损失也较大, 一旦受到较大的冲击, 很有可能会造成泡沫水泥基纤维板发生破碎。此外, 复合锯末水泥基纤维板能够进行重复利用, 在价格上也相对较低, 并且所采用的木纤维不会对环境造成污染。而泡沫水泥基纤维板却不能够进行重复利用, 这也使其在保护环境方面不如前者。在隔音性能上, 复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥基维板的吸声系数分别为0.36与0.28, 在1600Hz的高频率声波下, 两者平均系数均高于0.2, 由于复合锯末在各个方面的性能都要优于泡沫水泥基纤维板, 因此选用复合锯末水泥基纤维板最佳。
结语
本文通过分别对复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥基纤维板的研制过程进行阐述, 并利用正交表的方法来对这两种材质的水泥基纤维板的性能进行测试, 明确了木灰比、水灰比、化学助剂及泡沫颗粒对板材性能的影响。测试结果表明, 复合锯末水泥基纤维板无论是在强度方面、重复利用方面还是隔声方面, 都要远远优于泡沫水泥基纤维板, 而这也将使其在建筑市场中逐渐替代聚苯乙稀泡沫板。在未来, 复合锯末水泥基纤维板也必将成为改善人们居住环境的主要新型环保材料。
摘要：近些年来, 科学技术的发展也使人们的生活质量得到了极大程度的提高, 这也使人们对居住环境有了更高的要求, 但由于传统的建筑材料给环境带来了严重的污染, 因此研发具备无污染、经济性高的新型环保建筑材料已经成为当前社会发展的重中之重。为此, 本文分别对复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥基纤维板的研制工艺进行深入的分析, 探讨了水灰比、木灰比、化学助剂对复合锯末与泡沫吸引隔音水泥基纤维板性能的影响, 并分别评价了复合锯末与泡沫的吸引隔音水泥基纤维板的隔音性能优势。
关键词：复合锯末,泡沫,吸引隔音,燃烧性能,水泥基纤维板,性能评价
参考文献
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[2] 李大江, 俞友明, 林鹏.木灰比对水泥纤维板吸声性能与导热性能的影响[J].中国建材科技, 2010, 19 (02) :61-63.
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碳纤维增强基复合材料范文第2篇
学
院：
专
业： 年
级： 姓
名：
2015年12月
目
录
1 检索报告 …………………………………………………3 1.1 课题背景 …………………………………………………3 1.2 检索范围 …………………………………………………4 1.3 检索系统 …………………………………………………4 1.4 检索方式 …………………………………………………5 1.5 检索策略 …………………………………………………5 1.6 检索结果及处理 …………………………………………5 2.专利总体分析 ………………………………………………5 2.1 专利文献公布量年代分析 ………………………………6 2.2 专利权人分析 ……………………………………………6 2.3 技术领域趋势分析
…………………………………7 2.4 申请人相对研发实力分析 ………………………………8 2.5专利类型分析
……………………………………………9 2.6法律状态分析 ……………………………………………10 2.7机构属性分析 ……………………………………………11
1检索报告 1.1课题背景
碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。 碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。 碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，
这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。
由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。
随着新技术的不断发展，对材料的要求日益增加，碳纤维所具有的高强度(是钢铁的5倍)、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数(变形量小)、热容量小(节能)、比重小(钢的1/5)、优秀的抗腐蚀与辐射性能等优势越来越能够适应时代的要求。
1.2检索范围
国内相关专利
1.3检索系统
SIPO专利检索系统
1.4检索方式
关键词
1.5检索策略 1.5.1检索词
碳纤维
carbon fibre 复合材料
composite material 1.5.2检索策略
发明名称=(碳纤维 AND 复合材料) 1.6检索结果
通过以上检索式在SIPO专利数据库共检索出相关合并同族专利后专利文献1332篇.(经过阅读，共筛选出相关文献1032篇为基础进行分析)
2.总体专利分析
2.1专利文献公布量年代分析
从上图中可以看出，碳纤维复合材料方面专利文献公开量从2006年起整体呈增长趋势。近十年的公布量分为两个阶段：第一阶段2006年-2013年7年间，专利文献数量由最开始的少于50篇增长至2013年的187篇;第二阶段2013年-2015年三年间，专利文献数量波动不大，进入了相对平稳时期，专利数量在150篇200篇之间。通过文献公开量的趋势可以看到，近年来，该领域中，专利文献公开量呈快速增长趋势。通过文献量的趋势，可以判断出该领域的技术近年来呈平稳快速发展趋势。
2.2 专利权人分析
从上表可以看出，碳纤维复合材料方面技术主要掌握于各个高校手中，申请前十有五所均为高校，专利权数量占前十总量的59.24%，其中哈工大申请数量最多、。前十另外四家为各个公司所有，值得注意的是第四名为个人肖忠渊。
2.3 技术领域趋势分析
从上表可以看出，十年来，领域B32(层状产品)以及领域H01(基本电器元件)尽管在2012年左右稍有增加，但从体来说年申请量基本没有增长。而领域C08(有机高分子化合物;其制备及原料加工;以其为基料的组合物)和领域B29(塑料的加工;一般处于塑性状态物质的加工)则在进十年间总体上呈高速状态，尽管近两年有所下滑，但也远高于另外两个领域，可以预见这两个领域将是碳纤维复合材料今后的主要发展方向。
2.4申请人相对研发实力分析
从上表可以看出，申请量排名前十的申请人在不同领域的研发水平和侧重情况有所不同，其中，最为平均的是哈尔滨工业大学和天津大学，在5~6个领域都有发明;最不平均的是肖忠渊，只在两个领域有专利，而肖忠渊则在F16(工程原件或部件)领域独占鳌头，几乎垄断该项技术;而大连理工大学在B23(机床;其他金属加工)方面具有垄断性优势。
2.5专利类型分析
从上表可以看出，在碳纤维复合材料领域发明书要远大于实用新型数
2.6法律状态分析
从上表可以看出，整体上来说，碳纤维符合材料相关专利的法律状态并不乐观，仅有约三分之一的专利有效，撤回，失效，驳回的专利占四分之一，而还有四成多的专利处于审核状态，这提醒我们后来的人要注意申请专利时一定要各方面考虑完全，尽量提高申请成功率。
2.7机构属性分析
碳纤维增强基复合材料范文第3篇
一、碳纤维复合材料的概况
二、碳纤维复合材料的结构
三、碳纤维复合材料的用途
四、碳纤维复合材料的优势
五、碳纤维的产业
六、结论
1、概况
在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。
2、结构
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
3、用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。
由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。
现在的F1(世界一级方程锦标赛)赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
4、优势
1、高强度(是钢铁的5倍)
2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)
3、出色的抗热冲击性
4、低热膨胀系数(变形量小)
5、热容量小(节能)
6、比重小(钢的1/5)
7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
5、碳纤维的产业
5.1 碳纤维的取材形式及比例
预浸布：51.6%，编织布：20%(其中有12.4%要经过预浸进入后段)，短切纱：19%，纤维丝束通过缠绕等方式直接使用：9.9%.
5.2 碳纤维产业链关联度非常紧密，上游帮扶下游就是帮自己碳纤维产业链。碳纤维制造企业因为资金和技术的优势，要成为引领整个产业链的生力军!市场培育任重道远!只有不断推进从碳纤维向纤维材料以及复合材料制品的纵深发展，完善产业链，扩大碳纤维的应用范围，才能使整个碳纤维行业实现跨越式的发展。 5.3 碳纤维产业链中的价值链我们常听到关于碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤维，增值关系是1 到3，而把碳纤维做成复合材料，增值可以到10。而国际上还有一个类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占25%，把碳纤维转成预浸料或编织布(我们称之为纤维材料)，转化成本为15%，而把纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。 当很多人抱怨：碳纤维因为价格太高而影响其应用面时，我们必须重视除了25%～30%的碳纤维成本之外的其它70%～75%的纤维和构件成型的巨大成本。否则，即使碳纤维成本降得再低，做出的复合材料成本还是惊人!
6、结论
中国碳纤维“平民化”发展之路探讨