碳纤维复合材料应用范文第1篇
一、国内外对于纸纤维材料艺术研究和应用的发展现状
国内外艺术家在具体的实验和研究中, 首先从剪纸、纸质等艺术做起, 逐步进行拓展, 至今已经发展到纸拼贴、建筑艺术等多元化的艺术形式。
在国外, 英国、德国、瑞典等国家对纤维艺术作品的制作较为深入, 其制作的纤维艺术作品也比较多, 其中涌现了很多的纸纤维材料艺术家。英国的相关设计师, 通过透软轻薄的纸张来构造精细的结构, 这样就能够产生一种较为的效果, 而且得多的设计师还可以通过一张张纸就支撑了一个半立体的效果, 这样更能够展现出纸纤维材料艺术品的表现力和魅力。
而中国是纸张的发明地, 中国的纤维艺术家也对纸材料进行了充分的利用, 并且创作出了很多的纸质艺术品, 例如:我国的艺术家施慧, 她在艺术创作过程中, 就是通过对中国宣纸的应用, 来制作相应的艺术作品, 从而更好的彰显出文化的魅力。因此, 我们不难发现, 人们对于纸材料的喜欢和认可与日俱增。
二、对纸材料的相关介绍和分析
1、什么是纸
众所周知, 植物纤维是纸的原材料。纸主要是从树木、芦苇、麻面等多种植物中提炼并加工成的纸浆、纸张和纸绳, 纸被人们广泛的应用。在对传统的纸制品、包装、模型和建筑过程中, 纸成为了纤维艺术家内心艺术的表现载体。纸的种类多种多样, 目前, 在纤维艺术的作品中, 我们主要采用的有牛皮纸, 宣纸以及报纸等等。
2、对纸材料的相关特性进行的分析
众所周知, 纸材料的种类非常繁多, 每一种都具有其特色。即便其具有相同的颜色, 它的材质和组织也具有很大的差别, 即便其构成的成分相同, 其在厚度和粗细度上也有着很多不同的形式表达。正是由于多种多样的性能和风格, 因此, 其能够给人们通过感官来获得很多不同的感受, 更好的体现了作品的艺术风格。
三、纸材料在现代纤维艺术设计中的主要表达形式
纸材料在现代纤维艺术设计中具有多种多样的形式, 每一种表达的形式都具有其不一样的特色和优势, 下面, 我们简单的谈一下纸材料在现代纤维艺术设计中的主要表现形式。
1、剪贴
剪贴主要是用纸材料来构建相应的文字和团, 然后将其贴在纸或者其他材料的一种表现技法, 这种方式的直观性比较强, 而且也很多简单, 其操作起来非常方便。创作者在构建的过程中, 能够对相应的形成和建设过程给予有效和合理的完善, 还能够根据自身作品的不用, 采取不同的贴法, 在从而采取相应的方式来进行不同想法的体现和表达, 从而形成不同的艺术特色。
2、撕扯
撕扯的方式主要是用手来代替剪刀, 对相关的图案尽心制作和表达。通常情况下, 被撕扯的纸的边缘一般都比较杂乱, 而且有一些毛状纤维存在, 这样就能够使得艺术作品具有较强的随意性, 从而表现的更加自然和生动。
3、印染
印染是一种重要的加工方式, 其包括染色和印花两个部分, 艺术家在对纤维艺术产品进行制作的时候, 一方面需要利用纸材料来对天然色泽进行加工, 而另一方面, 我们为了能够有效的满足创新工作的需求, 我们也会适当的改变一些颜色, 从而实现更好的设计效果。通常印染的方式有很多, 主要包括尽然, 扎染, 蜡染, 手绘以及破染等多种方式, 不同的染色方式具有不同的染色效果, 给人不同的美感体验, 我们在实际的设计过程中, 要能够根据不用的情况, 有效的选取合适的方法, 进而实现对相关设计的合理完善和优化。
四、纸材料在现代纤维艺术设计中的应用效果的研究
现代的纤维艺术通过其自身具有的独特的材质材质以及富有个性的表现形式, 能够形成其他艺术品无法具有的审美特点, 这样的审美特点, 主要是通过纤维艺术的材质色泽, 形态以及机理等多种因素融合后, 构成的完善性来表现的, 并且通过人们审美标准来进行完成和凸显。
1、材料美
我们在实际的设计过程中, 物体的外形主要是通过其基本的特点来进行构成。人才纤维以及实物材料等都具有不同的物理属性, 我们通过人的感觉器官, 来产生不同的心理感性。而且艺术家通过对纸材料的物理特定的差异化体现和处理, 还能够使其发挥出不同的美感。而纸材料的应用能够给人一种更为美好的纯净感和质朴感以及随和感。纸材料具有良好的柔韧性, 更好的体现了个性美。艺术家们正是在这个制作过程中, 沟通视觉方面的改变, 来更好的增强和获得人们的心理感应, 为纸材料的设计和使用价值赋予了更多的意义。
2、形态美
纸材料虽然看起来很普通简单, 没有过多的形态美感, 但是其在实际的创作工作过程中, 就会显现有效和美观的物理形态, 其包括了外部的形态和外部的性形态, 能够更好的让人们对于整个艺术品的结构有一个全局的认知。而且, 艺术家在创作的过程中, 通过对纸材料的质地和结构轮廓进行完善, 更好的丰富了视觉方面的美。通过这样的方式, 能够使的结构之间形成一种非常挺拔利落的心态, 个人纸质材料的柔软性也比较强, 这样能够更好的形成张力效果, 使得整个艺术设计具有更加柔美和温暖的感觉。
3、色彩美
在利用纸材料来对纤维艺术品进行创作的过程中, 艺术家们还应该更好的突出纸材料的色彩美。虽然纸材料乍一看上去, 较为简单朴素, 没有鲜明的色彩, 但正是由于其本省的朴素, 才能够更好的体现一种干净利落的状态, 给人一种比较开阔和婉约的意境。而且, 如果我们想要使其具有更为鲜明色彩的时候, 艺术家们可以根据创造的实际需求和审美需求, 有效对其阴影部分和光纤以及色调给予调控, 这样不仅能够体现了纤维艺术设计的色彩, 还能够使得纤维艺术体现了不同层面的和谐。
4、空间美
在实际的生活中和作品展上, 我们会看到很多成功额纤维材料制品, 无论是二维还是三维, 其状态, 色泽和机理都与周边的环境构成了很大的协调和配合。这样就能够想体现出更好的平衡感, 给人们的视觉上和心理上引发了更多的联想和审美, 从而更好的完成总体的空间美。这样就能够从空间上对于纤维艺术惊醒了全局性的把握, 有助于设计效果的有效提升。
五、结语
综上所述, 这种纤维艺术能够更好的实现对现代室内设计的完善, 其具有较高的审美效果, 纤纸材料在现代纤维艺术设计中具有很多优势, 其材料丰富, 可塑性强, 经过艺术家加工制作后, 能够具有一种人性化的艺术风味, 这样也能够创造出更满足人们的精神需求。为此, 相关的人员在对其设计和应用的过程中, 应该对纸材料的设进行合理的完善和利用, 应该针对于具体的问题进行具体的分析, 有效的提高和完善设计的质量和效果, 从而促进现代纤维艺术设计更快更好的发展。
摘要：随着经济的发展和社会的进步, 人们在加强物质文明的建设过程中, 也对精神文明建设提出了更高的要求。人们逐步加强对各个领域的生产工艺和制作流程的完善和优化, 从而使得各个行业的产品更能够满足其审美和艺术需求, 现代纤维艺术设计也不例外。鉴于此, 本文主要针对纸材料在现代纤维艺术设计中的应用进行相关浅析, 仅供参考。
关键词：纸材料,现代纤维,艺术设计,应用研究
参考文献
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[4] 陈然萱.畲族织锦带研究及其在当代服装设计中的创新应用[D].北京服装学院, 2017.
碳纤维复合材料应用范文第2篇
1 资料与方法
1.1 一般资料
以2009年10月至2010年10月在我院进行纤维支气管镜检查50例为研究对象, 其中男性患者31例, 女性患者29例。年龄1个月～5岁。体重3.4～23kg。全部患儿术前均行X线胸片、心电图、肝功能及出凝血检查, 均无手术禁忌证。随机分为A组和B组, 每组各25例。2组在年龄、性别、身高、体重方面都没有统计学差异。
1.2 麻醉方法
所有患儿术前6h禁食水, 术前静脉给予盐酸戊乙奎醚0.01mg/kg。进入手术室后常规用脉搏血氧仪监测患儿血氧饱和度 (SPO2) 、心电图及血压。A组给予丙泊酚 (北京费森尤斯卡比医药有限公司) 静脉复合七氟醚 (阿斯利康制药有限公司) 吸入麻醉, 静脉注射地塞米松0.3mg/kg, 丙泊酚2mg/kg。诱导, 然后吸入8%七氟醚, 氧流量2L/min, 4～5min后患儿下颌及四肢松弛, 利用鼻给氧长塑料管与气管导管接头接到麻醉机螺纹管开口端, 另一端接一个用7号头皮针自制吸氧管放入患儿鼻孔内给氧并给予七氟醚开放吸入维持麻醉, 七氟醚8%, 氧流量根据年龄调整为2～3L/min;B组采用全静脉麻醉, 静脉注射地塞米松0.3mg/kg, 丙泊酚1～2mg/kg, 咪达唑仑0.1～0.2mg/kg, 氯胺酮1～2mg/kg诱导。静脉泵给予丙泊酚6mg/ (kg·h) 。输注维持, 2组患儿均在诱导入睡后用1%利多卡因喷雾咽喉进行表面麻醉, 纤支镜从另外一侧鼻腔插入。
注:与本组术前比较, *P<0.05
1.3 观察指标
入室至苏醒期间连续观察SPO2、心率 (HR) 、收缩压 (SBP) 、舒张压 (DBP) 变化。
2 结果
A组HR比较无明显差异, B组SPO2与术前相比, 有下降, 而且具有统计学意义, 而A组该指标没有统计学变化。2组SPO2、心率 (HR) 、收缩压 (SBP) 、舒张压 (DBP) 变化的变化, 见表1。
3 讨论
支气管镜诊断小儿气管、支气管疾病主要见于以下情况: (1) 气管、支气管异物; (2) 新生儿窒息的病因诊断; (3) 先天性喉鸣的病因诊断; (4) 梗阻性呼吸困难的诊断; (5) 小儿气管、支气管结核的诊断; (6) 肺炎持久不愈或反复患肺炎的病因诊断; (7) 气管软化的诊断; (8) 气管、支气管肿瘤的诊断; (9) 喘鸣的病因诊断; (10) 支气管、肺真菌感染的诊断。采用边麻醉边进局麻方式进行纤维支气管镜术, 要求操作者技术熟练、动作快, 取得了很好的效果。但局麻使患儿非常恐惧, 痛苦大, 家属心理负担重。而静吸复合全麻下行纤维支气管镜检术简便易行, 减少和避免了因患儿不合作造成气道远端损伤的风险, 增加了安全性。七氟醚对呼吸道刺激小, 带香味, 易被患儿接受。并且具备麻醉诱导快、易于控制、苏醒迅速等优点。故国外有人提倡小儿麻醉诱导和维持用七氟醚。本试验观察采用丙泊酚复合七氟醚静吸复合麻醉术前和术后SPO2均高于丙泊酚全凭静脉麻醉, 说明七氟醚对呼吸的影响比丙泊酚小。七氟醚吸入对小儿食管下段括约肌张力影响很小, 有利于维持食管下段括约肌功能的稳定, 在小儿麻醉诱导中起到防止反流误吸的作用。
总之, 丙泊酚复合七氟醚麻醉用于小儿纤维支气管镜检查安全、操作简便、并发症少, 是值得推荐的临床方法。
摘要：目的 探讨丙泊酚静脉复合七氟醚吸入麻醉在小儿纤维支气管镜检术中的应用。方法 以2009年10月至2010年10月在我院进行纤维支气管镜检查50例患者为研究对象, 随机分为A组和B组, 每组各25例。A组进行丙泊酚复合七氟醚麻醉, B组进行全静脉麻醉。结果 A组HR比较无明显差异, B组SpO2与术前相比, 有下降, 而且具有统计学意义, 而A组该指标没有统计学变化。结论 丙泊酚静脉复合七氟醚吸入麻醉安全、不良反应少, 是小儿纤维支气管镜检查的一种理想的麻醉方法。
关键词：小儿纤维支气管镜,丙泊酚,七氟醚
参考文献
[1] 芦映红.纤维支气管镜在小儿难治性肺炎中的应用分析[J].现代中西医结合杂志, 2010, 19 (26) :3314～3315.
碳纤维复合材料应用范文第3篇
摘要: 碳纤维就是纤维状的碳，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。本文将针对碳纤维的结构、性能、制备方法及其在航空航天中的应用介绍。
引言
20世纪纳米科技取得了重大发展，而纳米材料是纳米技术的基础，碳纤维是一种比强度比钢大，比重比铝轻的材料，它在力学，电学，热学等方面有许多特殊性能，碳纤维的强度比玻璃钢的强度高;同时它还具有优异的导电、抗磁化、耐高温和耐化学侵蚀的性能，被认为是综合性能最好的先进材料，因此它在各个领域中的应用推广非常迅速。在近代工业中，特别是在航空航天中起着十分重要的作用。
1.碳纤维的概念
碳纤维就是纤维状的碳，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多;它与凯芙拉纤维 (KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。 2.碳纤维的结构
碳纤维的结构决定于原丝结构和炭化工艺。对有机纤维进行预氧化、炭化等工艺处理，除去有机纤维中碳以外的元素，形成聚合多环芳香族平面结构。在碳纤维形成过程中，随着原丝的不同，质量损失可达10~80%，形成了各种微小的缺陷。但无论用哪种材料，高模量的碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行的取向。用x一射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构。碳纤维呈现乱层石墨结构。在乱层石墨结构中，石墨层片仍是最基本结构单元，一般由数张到数十张层片组成石墨微晶，这是碳纤维的二级结构单元。层片之间的距离叫面间距d，由石墨微晶再组成原纤维，其直径为50nm左右，长度为数百nm，这是纤维的三级结构单元。最后由原纤维组成碳纤维的单丝，直径一般为6—8μm。原纤维并不笔直，而是呈弯曲、裙皱、彼此交叉的许多条带组成的结构。在这些条带的结构中，存在着针形孔隙，其宽度为1.6—1.8nm，长度可达几十nm。在碳纤维结构中的石墨微晶与纤维轴构成一定的夹角，称为取向角，这个角的大小影响纤维模量的高低。如聚丙烯脯基碳纤维的d为0.337nm，取向角为8°。 碳纤维结构是高倍拉伸的、沿轴向择优取向的原纤维和空穴构成的高度有序织态结构。影响碳纤维强度的重要因素是纤维中的缺陷。碳纤维中的缺陷主要来自两方面，一方面是原丝带来的缺陷，另一方面是炭化过程中产生的缺陷。原丝带来的缺陷在炭化过程中可能消失小部分，而大部分将保留下来，变成碳纤维的缺陷。同时，在炭化过程中，由于大量的元素以及各种气体的形成逸出，使纤维表面和内部形成空穴和缺陷。 3.碳纤维的性能 3.1 碳纤维的力学性能
碳纤维具有很高的抗拉强度，其抗拉强度是钢材的2倍、铝的6倍。碳纤维模量是钢材的7倍、铝的8倍。
3.2 碳纤维的物理性能
碳纤维的密度在1.5—2.0g/cm3之间，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温(3000℃)石墨化处理，密度可达2.og/cm3，碳纤维的热膨胀系数与其他纤维不同，它有各向异性的特点。平行于纤维方向是负值(-0.72×10-6~0.90×10-6)，而垂直于纤维方向是正值(32×10-6~22×10-6)。碳纤维的比热容一般为7.12×10-1 KJ/(kg·K)。热导率随温度升高而下降。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量纤维为775μΩ/cm，高强度碳纤维为1500 μΩ/cm 。碳纤维的电动势是正值，而铝合金的电动势为负值。因此当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生化学腐蚀。 3.3碳纤维的化学性能
碳纤维的化学性能与碳很相似，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中，温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO和CO2。在不接触空气或氧化剂时，碳纤维具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化，它还有耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等特性。 4.碳纤维的制备
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得：按状态分为长丝、短纤维和短切纤维：按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕(MPa)、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型：模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。
第一、原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相(苯可溶各向异性沥青)和潜在中间相(喹啉可溶各向异性沥青)等。作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。
第二、预氧化(聚丙烯腈纤维200～300℃)、不熔化(沥青200～400℃)或热处理(粘胶纤维240℃),以得到耐热和不熔的纤维,酚醛基碳纤维无此工序。
第三、碳化,其温度为：聚丙烯腈纤维1000～1500℃,沥青1500～1700℃,粘胶纤维400～2000℃。 第
四、石墨化,聚丙烯腈纤维为2500～3000℃,沥青2500～2800℃,粘胶纤维3000～3200℃。第
五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。
第六、上浆处理,防止纤维损伤,提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构。 要想得到质量好碳纤维，需要注意一下技术要点：
(1)实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始，实现一条龙生产。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。
(2)杂质缺陷最少化，这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施，也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。
(3)在预氧化过程中，保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。
(4)研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300～1800℃，石墨化一般在2500～3000℃。在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。 5.碳纤维在航空航天中的应用
5.1在飞机机身上的应用
近10 年来,国内飞机上也较多的使用了碳纤维及其复合材料。例如由国内几家科研单位合作开发研制的某歼击机复合材料垂尾壁板,比原铝合金结构轻21 kg ,减质量30 %。北京航空制造工程研究所研制并生产的Q Y8911/ HT3双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料及其复合材料已用于飞机前机身段、垂直尾翼安定面、机翼外翼、阻力板、整流壁板等构件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/ AS4C 热塑性树脂单向碳纤维预浸料及其复合材料,具有优异的抗断裂韧性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲劳性能,适合制造飞机主承力构件,可在120 ℃下长期工作,已用于飞机起落架舱护板前蒙皮。在316 ℃这一极限温度下的环境中,复合材料不仅性能优于金属,而且经济效益高。随着基体树脂和碳纤维性能的不断提高,碳纤维增强树脂基复合材料的耐湿热性及断裂延伸率得到显著改善和提高。在飞机上的应用已由次承力结构材料发展到主承力结构材料。 5.2 在航空发动机上的应用
树脂基复合材料由于具有密度小、比强度高和耐高温等固有特性,复合材料在航空涡轮发动机上应用的范围越来越广且比例越来越大,使航空涡轮发动机向“非金属发动机”或“全复合材料发动机”方向发展。凭借比强度高,比模量高,耐疲劳与耐腐蚀性好的优点,J TA GG 验证机的进气机匣采用碳纤维增强的PMR15 树脂基复合材料,比采用铝合金质量减轻26 %。
碳化硅纤维增强的钛基复合材料，凭借密度小(有的仅为镍基合金的1/ 2) ,比刚度和比强度高,耐温性好等优点,碳化硅纤维增强的钛基复合材料在压气机叶片、整体叶环、盘、轴、机匣、传动杆等部件上已经得到了广泛应用。
目前主要的陶瓷基复合材料产品是以SiC 或C纤维增强的SiC 和SiN 基复合材料。凭借密度较小(仅为高温合金的1/ 3～1/ 4) ,力学性能较高,耐磨性及耐腐蚀性好等优点,陶瓷基复合材料,尤其是纤维增强陶瓷基复合材料,已经开始应用于发动机高温静止部件(如喷嘴、火焰稳定器) ,并正在尝试应用于燃烧室火焰筒、涡轮转子叶片、涡轮导流叶片等部件上。 5.3 在火箭发动机上的应用
由于火箭发动机喷管壁受到高速气流的冲刷,工作条件十分恶劣, 因此C/ C 最早用作其喷管喉衬, 并由二维、三向发展到四向及更多向编织。同时火箭发动机设计者多年来一直企图将具有高抗热震的Ct / SiC 用于发动机喷管的扩散段, 但Ct 的体积分数高, 易氧化而限制了其广泛应用, 随着CVD、CVI 技术的发展, 新的抗氧化Ct / SiC 及C- C/ SiC 必将找到其用武之地。Melchior 等认为碳纤维CMC、陶瓷纤维CMC 以及C/ C 复合材料,特别是以SiC 为纤维或基体的CMC 抗氧化, 耐热循环和烧蚀, 是液体火箭发动机燃烧室和喷管的理想材料, 并进行了总数为31 个的长达20 000 s 的燃烧室和喷管点火试验, 内壁温度高达1732 ℃, 一个600 kg 发动机成功地点火七次, 温度为1449℃。目前为解决固体火箭发动机结构承载问题, 美国和法国正在进行陶瓷纤维混合碳纤维而编织的多向(6 向) 基质、以热稳定氧化物为基体填充的陶瓷复合材料。SiC 陶瓷制成的喉衬、内衬已进行多次点火试验。今天作为火箭锥体候选材料的有A12O3 、ZrO2 、ThO2 等陶瓷, 而作为火箭尾喷管和燃烧室则采用高温结构材料有SiC、石墨、高温陶瓷涂层等。碳纤维仍将是今后固体火箭发动机壳体和喷管的主要材料。 5.4在卫星和宇航器上的应用
由于碳纤维的密度、耐热性、刚性等方面的优势, 增强纤维以碳纤维为主。碳纤维复合材料在空间技术上的应用, 国内也有成功范例, 如我国的第一颗实用通信卫星应用了碳纤维/环氧复合材料抛物面大线系统;第一颗太阳同步轨道“ 风云一号” 气象卫星采用了多折迭式碳纤维复合材料刚性太阳电池阵结构等。卫星结构的轻型化对卫星功能及运载火箭的要求至关重要,所以对卫星结构的质量要求很严。国际通讯卫星VA 中心推力筒用碳纤维复合材料取代铝后减质量23 kg (约占30 %) ,可使有效载荷舱增加450条电话线路,仅此一项盈利就接近卫星的发射费用。
参考文献
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碳纤维复合材料应用范文第4篇
本科生课程论文
2010 ～2011 学年
第 二 学期
课程名称：园林绿化与植物配置
论文题目：浅析园林植物的观赏特性及其应用 学科专业：城市规划与设计 学 号：200727501010 作 者：王新勇 任课教师：王晓俊
二○一 一年
四月十二日
浅析园林植物的观赏特性及其应用
园林是人们理想中的天堂，自然是园林需要着重表现的一方面，园林艺术都竭力表现出人工美与自然美的和谐，中国传统的自然美是模仿原始状态下的大自然，追求秀美的山川河泽的自然美。但是园林的营造还是要借助于园林植物来进行配置。园林植物，顾名思义适用于园林绿化的植物材料。包括木本和草本的观花、观叶或观果植物，以及适用于园林、绿地和风景名胜区的防护植物与经济植物。室内花卉装饰用的植物也属园林植物。 园林植物分为木本园林植物和草本园林植物两大类。此外还包括蕨类、水生、仙人掌多浆类、食虫类等植物种类。植物种类相互之间有所重叠。以植物特性及园林应用为主，结合生态进行综合分类，主要有以下几种类别。
一、 园林树木
在园林绿地及风景区中栽植应用的木本植物，包括乔木和灌木、藤本。很多具有美丽的花、果、叶、枝或树形;也包括一些在城市绿化中能起卫生防护和改善环境作用的树种;有的还兼能提供果品、油料、木材、药材等产品，是园林绿化的骨干植物。按园林树木在园林绿化中的用途和应用方式可以分为：庭荫树、行道树、孤赏树、花木、绿篱植物、木本地被植物和防护植物等。按观赏特性可分为观树形、观叶、观花、观果、观芽、观枝、观干及观根等类。
二、 露地花卉
包括一 、二年生花卉，宿根花卉，球根花卉，岩生花卉，水生花卉，草坪植物和园林地被植物等。
三、 温室花卉和室内植物
一般指温带地区须常年或一段时间在温室栽培者，又可分为热带水生植物、秋海棠类植物、天南星科植物、凤梨科植物和柑橘类植物、仙人掌类、食虫植物、观赏蕨类、兰花、松柏类、棕榈类植物，以及温室花木、温室盆花和盆景植物等。
园林植物是园林树木及花卉的总称。按照通常园林应用的分类方法，园林树木一般分为乔木、灌木、藤本三类。花卉给人普遍的印象是草本花卉类。花卉的广义要领是指有观赏价值的草本植物、草本或木本的地被植物、花灌木、开花乔木及盆景等。总而言之，园林植物涵盖了所有具观赏价值的植物。
园林植物就其本身而言是指有形态、色彩、生长规律的生命活体，而对景观设计者来说，又是一个象征符号，可根据符号元素的长短、粗细、色彩、质地等进行应用上的分类。
在实际应用中，综合了植物的生长类型的分类法则、应用法则，把园林植物作为景观材料分成乔木、灌木、草本花卉、藤木植物、草坪以及地被六种类型。
下面让我们具体谈一下园林植物的观赏特性。
园林植物的观赏特性
园林植物姿态各异。常见的木本乔灌木的树形有柱形、塔形、圆锥形、伞形、圆球形、半圆形、卵形、倒卵形、匍匐形等，特殊的有垂枝形、曲枝形、拱枝形、棕搁形、芭蕉形等。不同姿态的树种给人以不同的感觉：高耸入云或波涛起伏，平和悠然或苍虬飞舞。之所以形成不同姿态，与植物本身的分枝习性及年龄有关。
单轴式分枝：顶芽发达，主千明显而粗壮。侧枝认属于主干。如主于延续生长大于侧枝生长时，则形成柱形、塔形的树冠。如箭钻天杨、意大利丝柏、柱状欧洲紫杉等。
钻天杨 意大利丝柏
分枝：枝端顶芽自然枯死或被抑制，造成了侧枝的优势，主干不明显，因此形成网状的分枝形式。如果高生长稍强于侧向的横生长，树冠成椭圆形，相接近时则成圆形。如丁香、馒头柳、千头椿、罗幌伞、冻绿等。
合轴式分枝：枝端无顶芽，由最高位的侧芽代替顶芽作延续的高生长，主干仍较明显，但多弯曲。由于代替主干的侧枝开张角度的不同，较直立的就接近于单轴式的树冠。因此合袖式的树种，树冠形状变化较大，多数成伞形或不规则树形，如恳铃木、柳、柿等。
一、树干
乔灌木枝干也具重要的观赏特性，可以成为冬园的主要观赏树种。如酒瓶椰子树干如酒瓶，佛肚竹、佛肚树。白桦、考氏悬钩子等枝干发白。红瑞木、沙莱、青藏悬钩子、紫竹等枝干红紫。傣棠、竹、梧桐枝干呈绿色或灰绿色。山桃的枝干呈方铜色。黄金间碧玉竹，金镶玉竹、金竹的竿呈黄色。干皮斑驳呈杂色的有白皮松、榔榆、木瓜等。
竹
二、花
花为最重要的观赏特性。暖温带及亚热带的树种，多集中于春季开花，因此夏、秋、冬季及四季开花的树种极为珍贵60合欢、奕树、木槿、夹竹桃、石榴、桅子、广玉兰、蜡梅、梅花、月季等。一些花形奇特的种类很吸引人，如鹤望兰、兜兰等。赏花时更喜闻香，所以如木香、月季、菊花、桂花、梅花、白兰花、含笑、芙莉、类备受欢迎。不同花色组成的绚丽色块、色斑、色带及图案在配植中极为重要，有色有香则更是广品。
月季
三、叶片
很多植物的叶片富具特色。巨大的叶片如恍榔，叶片直上云霄，非常壮观。其它如董棕、鱼尾葵。巴西棕、高山蒲葵，油棕等都具巨叶。浮在水面巨大的王莲叶犹如一大圆盘，可承载幼童，吸引众多游客。奇特的叶片如轴搁、山杨、等，彩叶树种更是不计其数。如紫叶李、红叶桃、紫叶小劈、变叶榕等。此外，还有众多的彩叶园艺栽培变种。
油棕
四、果实
园林植物的果实也极富观赏价值，奇特的如象耳豆、蜡肠树等。巨大的果实如木菠萝、袖、番木瓜等，很多果实色彩鲜艳。紫色的紫珠、葡萄;红色的夭目琼花、欧洲英援、平枝拘子。小果冬青、南夭竺等;蓝色的白檀、十大功劳等;白色的珠兰、红瑞木、玉果南天竺、雪里果等。
神秘果
了解了植物的观赏特性就说下园林植物景观营造方法。
园林植物景观营造方法
在园林空间中，无论是以植物为主景，或植物与其他园林要素共同构成主景，在植物种类的选择，数量的确定，位置的安排和方式的采取上都应强调主体，作到主次分明，以表现园林空间景观的特色和风格。
一、植物配置的艺术手法
在园林空间中，无论是以植物为主景，或植物与其他园林要素共同构成主景，在植物种类的选择，数量的确定，位置的安排和方式的采取上都应强调主体，作到主次分明，以表现园林空间的特色和风格。
1、对比和衬托 利用植物不同的形态特征，运用高低、姿态、叶形叶色、花形花色的对比手法，表现一定的艺术构思，衬托出美的植物景观。在树丛组合时，要注意相互间的协调，不宜将形态姿色差异很大的树种组合在一起。运用水平与垂直对比法、体形大小对比法和色
彩与明暗对比法三种方法。
2、动势和均衡 各种植物姿态不同，有的比较规整，如杜英;有的有一种动势，如松树。配置时，要讲求植物相互之间或植物与环境中其他要素之间的和谐协调;同时还要考虑植物在不同的生长阶段和季节的变化，不要因此产生不平衡的状况。
3、起伏和韵律 韵律有两种，一种是“严格韵律”;另一种是“自由韵律”。道路两旁和狭长形地带的植物配置最容易体现出韵律感，要注意纵向的立体轮廓线和空间变换，做到高低搭
配，有起有伏，产生节奏韵律，避免布局呆板。
4、层次和背景 为克服景观的单调，宜以乔木、灌木、花卉、地被植物进行多层的配置。不同花色花期的植物相间分层配置，可以使植物景观丰富多彩。背景树一般宜高于前景树，栽植密度宜大，最好形成绿色屏障，色调家深，或与前景有较大的色调和色度上的差异，以
加强衬托。
园林植物的配置包括两个方面：一方面是各种植物相互之间的配置，考虑植物种类的选择，树丛的组合，平面的构图、色彩、季相以及园林意境;另一方面是园林植物与其他园林要素相互之间的配置。
(一) 植物种类的选择
植物具有生命，不同的园林植物具有，不同的生态和形态特征。进行植物配置时，要因地制宜，因时制宜，使植物正常生长，充分发挥其观赏特性。
首先，要根据当地的气候环境条件配植的树种，特别是在经济和技术条比较薄弱的发展新区，尤显重要。以我市地处亚热带为例，新近推荐使用的优良落叶树种，乔木类有无患子、栾树等。耐寒常绿树种，乔木类有山杜英等。
其次，要根据当地的土壤环境条件配植的树种。例如，杜鹃、茶花、红花继木等喜酸性土树种。
第三，要根据树种对太阳光照的需求强度，合理安排配植的用地及绿化使用场所。如江北公园改建工程中，原盆景园靠槐树路一带香樟密植，地坪难见阳光，采用了荫蔽性极强的桃叶珊瑚，种植后效果极佳。
第四，要根据环保的要求进行配植的树种。在众多的树木之中，有许多不光具有一般绿化、美化环境的作用，而且分别具有防风、固沙、防火、杀菌、隔音、吸滞粉尘、阻截有害气体和抗污染等保护和改善环境的作用。因此，在城市园林、绿地、工矿区、居民区配置林木时，应该根据各个地区环境保护的实际需要，配置适宜的树木。
第五，要根据绿地性质进行配置。各街道绿地、庭园绿化中，根据绿地性质，规划设计时选择适当树种。
(二)植物配置方式
自然式的树木配置方法，多选树形或树体部分美观或奇特的品种，以不规则的株行距配置成各种形式。 (1) 孤植
单株树孤立种植，孤植树在园林中，一是作为园林中独立的庇荫树，也作观赏用。二是单纯为了构图艺术上需要。主要显示树木的个体美，常作为园林空间的主景。常用于大片草坪上、花坛中心、小庭院的一角与山石相互成景之处。 (2)丛植
一个树丛由三五株同种或异种树木至八九株树木不等距离的种植在一起成一整体，是园林中普遍应用的方式，可用作主景或配景用作背景或隔离措施。 (3)群植
一两种乔木为主体，与数种乔木和灌木搭配，组成较大面积的树木群体。树木的数量较多，以表现群体为主，具有“成林”。 (4)带植
林带组合原则与树群一样，以带状形式栽种数量很多的各种乔木、灌木。多应用于街道、公路的两旁。如用作园林景物的背景或隔离措施，一般宜密植，形成树屏。
规则式配植
(1) 行植：在规则式道路、广场上或围墙边沿，呈单行或多行的，株距与行距相等的种植方法，叫作行植。
(2) 正方形栽植：按方格网在交叉点种植树木，株行距相等。
(3) 三角形种植：株行距按等边或等腰三角形排列。
(4)长方形栽植：正方形栽植的一种变型，其特点为行距大于株距。
(5)环植：按一定株距把树木栽为圆环的一种方式，可有1 个圆环、半个圆环或多重圆环。
(6)带状种植：用多行树木种植或带状，构成防护林带。一般采用大乔木与中、小乔木和灌木作带状配置。
二、植物配置的掌握要点
植物配置应注意植物高矮顺序与游人视线的关系;植物色彩美与季节的关系和颜色相配的协调性。植物配置在不同地方应注意的掌握要点。通岛周边的植物配置宜增强导向作用，
在行车视距范围内应采用通透式配置。
广场绿化应配合广场的主要功能，使广场更好地发挥其作用。广场绿地布置和植物配置要考虑广场规模、空间尺度，使绿化更好地装饰、衬托广场，改善环境，利于游人活动与游憩。
道路绿化是城市绿地系统的重要组成部分，它可以体现一个城市的绿化风貌与景观特色。园林景观路的绿化用地较多，具有较好的绿化条件，应选择观赏价值高的植物，合理配置，以反映城市的绿化特点与绿化水平。园林景观路是道路绿化的重点，主干路是城市道路网的主体，贯穿于整个城市。主干路植物配置要考虑空间层次，色彩搭配，体现城市道路绿化特色。同一条路段上分布有多条绿带，各绿带的植物配置相互配合，使道路绿化有层次、有变化、景观丰富，也能较好地发挥绿化的隔离防护作用。分车绿带的植物配置应形式简洁，树形整齐，排列一致。花坛布置应选用花期、花色、株型、株高整齐一致的花卉，配置协调。花坛、花境的设计应配置合理、主题突出具有独创性。要达到理想的效果，树种的配置来讲，一个优秀的作品必然是设计与施工密切配合的结果。
碳纤维复合材料应用范文第5篇
碳纤维材料的发现和使用始于1860年斯旺制作碳丝灯泡,成为发明和使用碳纤维的第一人。之后爱迪生使用竹丝制作碳丝作为灯丝，达到了照明45小时的效果。20世纪90年代中期，美国、日本、英国相继开始展开对碳纤维材料的研究。1972年，日本用碳纤维材料制造鱼竿，美国使用碳纤维材料制造高尔夫球杆，碳纤维材料开始应用于日常生活。1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维。其后，碳纤维材料趋向于高强度高弹性模量的方向发展。如今，碳纤维材料已经广泛应用于建筑、航空航天以及汽车制造行业。 1.2 碳纤维材料的特性简介
碳纤维材料是由碳元素构成的一种纤维材料，其在微观上呈类似人造石墨的乱层石墨结构。
碳纤维材料具有良好的物理化学性质。碳纤维密度小、质量轻，密度为1. 5~ 2 g /cm3，它的比重不到钢的四分之一，但抗拉强度是钢的七到九倍，其良好的比强度使得其被广泛应用于航空航天等对重量限制要求苛刻的领域。
其化学性质同样良好，具有耐腐蚀，耐疲劳，耐高温和低温，同时其具有良好的导电性，介于金属和非金属之间。除此之外，碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。[1] 2 碳纤维材料的种类及其发展
按碳纤维原丝不同主要可以分为:1.PAN基碳纤维;2.黏胶基碳纤维;3.沥青基碳纤维;4.酚醛基碳纤维。 2.1 PAN基碳纤维
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由聚丙烯腈经纺丝、预氧、碳化几个阶段形成。PAN基碳纤维具有高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电性能等特点，并具有很强的抗压抗弯性能，一直在增强复合材料中保持着主导地位。目前，PAN基碳纤维仍是碳纤维市场中的主流。PAN基碳纤维应用的主要领域有：航空航天工业，地面交通工具，如汽车、赛车、快速列车等，造船工业、码头和海上设施，体育用品与休闲用品，电子产品，基础设施以及造纸、纺织、医疗器械、化工、冶金、石油、机械工业等领域，要求零部件在高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀等环境下工作。 2.2 黏胶基碳纤维
黏胶基碳纤维是由主要成分为纤维素的粘胶纤维经过脱水、热解然后碳化而得来的。黏胶基碳纤维的三维石墨结构不发达，导热系数小;石墨层间距大，石墨微晶取向度低，因此是理想的耐烧蚀和隔热及热防护材料。同时，黏胶基碳纤维是由天然纤维素木材或棉绒转化而来，与生物的相容性极好，又可作为良好的环保和医用卫生材料。但是，由于生产黏胶基碳纤维的工艺流程较长，工艺条件苛刻，不适宜大批量生产，成本较高;另外，黏胶基碳纤维的整体性能指标比PAN基碳纤维的要差，综合性能价格比在竞争中处于劣势，因此从20世纪60年代以来其生产规模逐渐萎缩，目前产量已不足世界碳纤维产量的l%。 2.3沥青基碳纤维
沥青基碳纤维是以石油沥青或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制成。沥青基碳纤维的生产原料成本低于聚丙烯腈基碳纤维，但由于沥青基碳纤维的生产工艺复杂，反而使其生产成本大大增加。此外，沥青基碳纤维抗压强度比较低，其后加工性能也不如聚丙烯腈基碳纤维，因此其生产规模和应用领域都受到了一定限制。不过，由于沥青基碳纤维具有优良的传热、导电性能和极低的热膨胀系数，因此仍在必须要求这些性能的军工及航天领域发挥着独特作用。 2.4酚醛基碳纤维
酚醛基碳纤维阻燃性、绝缘性极好;可在松弛条件下碳化，加工工艺简单，碳化时间短且温度低，碳化率高，且手感柔软，但强度和模量较低。酚醛基碳纤维主要用于复写纸原料，耐腐蚀电线，以及用来制造耐热、防化防毒、无尘等特种服装。
3 碳纤维增强型复合材料 [2]碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,做成结构材料。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。在强度、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。
CFRP 是目前最先进的复合材料之一,它以轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料。
CFRP 的力学性能主要取决于基体的力学性质、碳纤维的表面性状以及纤维与键合界面的性质,而基体的性能及纤维的表面性状直接关系到界面的键合和粘接性能。 3.1 碳纤维树脂基复合材料及其应用
碳纤维增强树脂基复合材料具有一系列的优异性能, 主要表现在以下几个方面。
(1)具有高的比强度和比模量。CFRP 的密度仅为钢材的1/5，钛合金的1/3，比铝合金和玻璃钢(GFRP)还轻，使其比强度(强度/ 密度)是高强度钢、超硬铝、钛合金的4 倍左右，玻璃钢的2 倍左右;比模量(模量/密度)是它们的3 倍以上。
(2)耐疲劳。在静态下，CFRP 循环105 次、承受90%的极限强度应力时才被破坏，而钢材只能承受极限强度的50%左右。
[3](3)热膨胀系数小。 (4)耐磨擦，抗磨损。
(5)耐蚀性。碳纤维的耐蚀性非常优异，在酸、碱、盐和溶剂中长期浸泡不会溶胀变质。CFRP 的耐蚀性主要取决于基体树脂。
(6)耐水性好。 (7)导电性好。 (8)射线透过性。
树脂基碳纤维复合材料由于其优异的性能，被广泛用于航空航天，汽车制造等工业部门。美国空军的F系列战斗机中大量采用了碳纤维材料以减轻机身重量。在汽车方面，宝马公司采用了碳纤维材料来制造汽车车身。在能源领域，风力发电的风机叶片既需要足够的强度，又要有较小的密度，因而树脂型碳纤维复合材料是良好的选择。 3.2 碳纤维金属基复合材料及其应用
金属基复合材料一般都在高温下成形，因此要求作为增强材料的耐热性要高。在纤维增强金属中不能选用耐热性低的玻璃纤维和有机纤维，而主要使用硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维。基体金属用得较多的是铝、镁、钛及某些合金。碳纤维是金属基复合材料中应用最广泛的增强材料碳纤维增强铝具有耐高温、耐热疲劳、耐紫外线和耐潮湿等性能，适合于在航空、航天领域中做飞机的结构材料。
[4]树脂基复合材料通常只能在350℃以下的不同温度范围内使用。近些年来正在迅速开发研究适用于350℃～1200℃使用的各种金属基复合材料。碳纤维增强金属基复合材料是以碳纤维为增强纤维，金属为基体的复合材料.碳纤维增强金属基复合材料与金属材料相比，具有高的比强度和比模量;与陶瓷相比，具有高的韧性和耐冲击性能.金属基体多采用铝、镁、镍、钛及它们的合金等.其中，碳纤维增强铝、镁复合材料的制备技术比较成熟.制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是碳纤维的表面涂层，以防止在复合过程中损伤碳纤维，从而使复合材料的整体性能下降.目前，在制备碳纤维增强金属基复合材料时碳纤维的表面改性主要采用气相沉积、液钠法等，但因其过程复杂、成本高，限制了碳纤维增强金属基复合材料的推广应用。 3.3 碳纤维陶瓷基复合材料及其应用
碳纤维增强陶瓷基复合材料(CMC-Cf)在克服陶瓷材料脆性的同时，发挥了其比强度高、高温性能优异等优点，同时还具有优良的力学性能、抗磨损性能和热传导性能，成为高温结构材料的研究热点。目前，CMC-Cf的基体相主要有炭、碳化硅、微晶玻璃以及多元多层复合材料等。碳纤维作为增强相，实现了复合材料的轻量化，并赋予其优异的力学性能。但碳纤维自身的抗氧化能力差，在温度高于400℃时，一旦与氧化介质接触，纤维将被氧化，性能迅速下降，进而影响
[5]复合材料整体性能，缩短使用寿命。因此，氧化问题成为限制CMC-Cf。性能提升与应用领域拓展的瓶颈。 4 碳纤维材料的发展现状及前景 4.1 国内外发展现状 4.1.1 国内发展现状
我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩,进入21世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/ 年原丝、200t/ 年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平)，使我国碳纤维工业进入了产业化。随后，一些厂家相继加入碳纤维生产行列。从2000年开始我国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。
2009年，国内碳纤维产业多年来发展落后缓慢的局面得以改变，生产企业和投资基地都在不断增多，本行业的发展从此进入了一个全新的时期。但是与发达国家相比，我国目前的碳纤维生产能力(特别是高端产品)与国际水平还存在相当的差距：产能只占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右，大量碳纤维产品仍靠进口，真正国产化还需要一个漫长的过程。
[6]中复神鹰自主研发的年产1000吨碳纤维生产线于2008年10月顺利投料生产，2009年产量达到550吨,产销量位居国内第一位,有效缓解了国内碳纤维的供应紧张局面;威海拓展纤维有限公司也于08年引进了一条年产1000吨碳纤维生产线并顺利投产。但与发达国家相比，我国碳纤维产业刚刚起步，在产量和高端产品品种上仍还远远不能满足国防和国民经济建设的需要。 4.1.2 国际发展现状
近几年随着先进复合材料的发展，碳纤维需求激增，引爆了近年来世界性的碳纤维危机，这场危机从2005年开始日趋明显，至2007年达到极点。自碳纤维危机爆发以来，各大碳纤维生产厂商急剧扩张，扩大产能，缓解了碳纤维紧缺的供应情况。2008年下半年爆发了世界金融危机，实体经济受影响颇深，碳纤维的需求也有所回落。尤其是2009年经济衰退陷入最低谷时，很多碳纤维制造商也推迟或放慢了自己的发展计划。但是进入2010年以来，随着经济危机的好转，全球碳纤维市场出现快速回暖的迹象。巨大需求刺激碳纤维市场回暖，因此对碳纤维的需求总体仍处上升趋势。目前世界碳纤维产量达到4万t/年以上，随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势。据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13%的速度飞速增长，碳纤维的全球需
[7]求量2018年将达到10万t。全世界主要的碳纤维生产厂商是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司, 美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司，以及德国SGL西格里集团、韩国泰光产业等少数单位。 4.2 未来发展前景
随着工业技术的迅速发展，在航空航天，车辆交通等领域，物件的强度和可靠性需要更多的提高，而重量也是一个重要的因素，因此碳纤维材料将越来越成为高强度材料领域内的主导。
然而，碳纤维材料的普及使用依然存在一些问题。首要问题是技术垄断问题，目前全世界范围内掌握碳纤维材料的制造和研发仅仅有美国和日本的少数几家公司，其他国家在碳纤维材料研究领域进展不明显。其次是碳纤维材料的适用范围有限。虽然碳纤维材料具有良好的物理化学性质，其高模量高比强度的性质优越，但是并非很多领域都需要用到这样的优良性质，仅仅是在航空航天和交通领域内应用和需求较多。最后一个问题是碳纤维的造价问题，目前碳纤维材料成本高昂，导致使用的范围缩小，难以普及，急需在生产方式上进行改进，来降低碳纤维材料的造价。另外生产碳纤维材料的高能耗和高排放对自然环境也造成了一定的影响。
碳纤维复合材料应用范文第6篇
摘要
随着汽车工业的飞速发展，减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，寻找较轻且性能良好的材料代替钢制汽车零件成为一个重要的研究方向。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能，是当前汽车材料轻量化的重要研究发展方向之一。本文介绍了碳纤维增强复合材料的特点、成型工艺及在汽车行业的应用情况，以及碳纤维增强复合材料在汽车应用中存在的问题。
关键词：碳纤维 增强 汽车 应用
1 前言
现在社会汽车已成为人民出行必不可少的交通工具，在汽车给人类带来方便的同时也给环境带来了污染，汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，美国能源部相关研究表明，美国现有的汽车，如减重25%，每天可节省750,000桶燃油，每年二氧化碳的排放量可减少1.01亿吨，因此汽车轻量化已成为汽车工业技术发展的重要方向。除了对汽车各种零部件结构进行优化设计和改进外，采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。如选用铝、镁、钛、高强度钢、工程塑料和复合材料等，用以制造汽车车身、底盘、发动机等零部件，可以有效的减轻汽车自重，提高发动机效率。
碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料，是目前最先进的复合材料之一。它以其质量轻、强度高 、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗腐蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，碳纤维增强复合材料在汽车方面主要是汽车骨架、缓冲器、弹簧片、引擎零件等，早在1979年，福特汽车公司就在实验车上作了试验，将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重33%，汽油的利用率提高了44%，同时大大降低了振动和噪音。
碳纤维具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等特点，可用于制造碳纤维增强聚合物、金属、陶瓷基复合材料，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。本文将简述碳纤维增强复合材料的性能特点，及其在汽车工业应用的前景和存在的问题。由于碳纤维增强复合材料的价格昂贵，严重影响其在汽车工业中的应用。因此，发展廉价的碳纤维和高效率碳纤维增强复合材料的生产方法和工艺已成为汽车轻量化材料研究中的关键课题，美国、日本等已将其列为汽车轻量化材料的研究计划。
2 碳纤维增强复合材料的特性
碳纤维增强复合材料以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。
碳纤维增强复合材料的成型加工技术包括碳纤维的坯体制造、碳基体的制造和基体与纤维的复合。首先，将碳纤维或碳纤维织物制成坯体，根据原料形式不同分为：长纤维缠绕法;碳毡短纤维模压或喷射成型;石墨布叠层。目前，其坯体研制以三向织物为主，三向织物以X、Y、Z方向互成90度正交排列，各方向的碳纤维在织物中保持准直，因此能较好的发挥纤维的力学性能。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。最后，把坯体与基体复合成型。
碳纤维增强复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。
(1)具有很高的强度和弹性模量(刚性)。它的比重一般为1.70～1.80g/cm3，密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度，强度为1200～7000MPa，;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料。纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现“假塑性效应”即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。
(2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异
(3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部。
3 碳纤维增强复合材料在汽车行业的应用情况
碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料。由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，它也是适用于制造汽车主结构――车身、底盘最轻的材料，受到汽车工业广泛重视。主要的应用有：发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。自从1953年第一辆全复合材料车身的汽车问世以来，复合材料在汽车上的应用不断增多。如今在汽车车身、尾翼、汽车底盘，发动机罩、汽车内饰等各个地方我们都能够发现碳纤维复合材料的身影。
碳纤维增强复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻重量40～60%，相当于钢结构重量的1/3～1/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50%。但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用，如BMW公司的Z-22的车身，福特公司的GT40车身、保时捷GT3承载式车身等，碳纤维增强复合材料以其优异的性能取得了飞速发展并且在社会各领域得到了越来越广泛的应用.增强纤维作为纤维增强复合材料的一个重要组分,其性能如何将直接影响着复合材料的应用层次,而且高性能增强纤维作为高竞争性、高赢利性品种一直是世界各大生产商乐于巨额投资的研发项目品种,它的发展及其在先进复合材料中的适应程度在目前乃至将来都有许多值得探索的地方.在先进复合材料中, 碳纤维增强复合材料是目前最常应用的高性能增强纤维之一，碳纤维复合材料具有足够的强度和刚度以及优良的综合性能，它的应用将可大幅度降低汽车自重达40～60%，对汽车轻量化具有十分重要的意义，已成为汽车轻量化材料的重要发展方向。为提高碳纤维增强复合材料的用量，美国、欧洲、日本等通过加紧研究廉价碳纤维的原丝(高品级聚丙烯晴丝)和碳纤维的低成本、高速率的生产工艺，使碳纤维的价格降低到约3美元/磅。目前碳纤维增强复合材料已用于赛车、重卡、混合动力车的各种零部件的生产。
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，抗拉强度却达到钢的7-9倍，以其制造的汽车可以节约燃油30%。碳纤维最初只应用于军事、航空航天等高科技领域，随着近年来碳纤维行业的逐步发展，才慢慢向汽车以及其他民用领域扩展。
1992年通用汽车公司介绍了超轻概念车(Ultralite Concept Car)，该车的车身采用碳纤维复合材料，由手铺碳纤维预浸料工艺制造，整体车身的质量为191kg。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量 68%，从而节约汽油消耗40%。
丰田设计的“1/X”混合动力车，由于车身骨架采用碳纤维材料，创造出百公里耗油仅2.7升的超低燃耗记录。此外，三菱EVO X极致轻量化的车身改造，均缘于大量碳纤维套件的使用，如牌照框、导风罩、散热孔罩等构件均采用碳纤维材料。
卓尔泰克(Zoltek)，是美国碳纤维领先制造商，已成立一个新的子公司，称为 Zoltek Automotive(卓尔泰克汽车公司)，加快对轻质碳纤维在汽车业大幅应用的领域。这个新子公司将由两位在汽车复合材料应用方面德高望重的专家领导，并有超过12名来自卓尔泰克已有业务中的工程技术人员及其面向全球的销售人员加盟。
卓尔泰克公司董事长兼首席执行官Zsolt Rumy表示：“我们一直把汽车行业看作是我们的低成本、高性能碳纤维的最大的一个潜在市场。虽然我们已积极开发车用碳纤维很多年了，Zoltek Automotive的成立则是我们将产品开发与潜在市场需求更紧密联系的一个新的开始。我们将通过Zoltek Automotive的专业技术，开发新的生产方式，帮汽车行业客户制造性价比更高的碳纤维加工产品，使碳纤维技术的应用和流程更简易高效。”
日本帝人集团的总裁，也同样对进军碳纤维市场充满信心，认为通过未来几年在车辆中使用碳纤维增强塑料(CFRP)，能够帮助电动汽车车身减重一半以上。
碳纤维复合材料具有比金属材料更高的刚性和抗冲击性能，还具有极佳的能量吸收能力，进一步保证了碳纤维复合材料汽车的安全性。据介绍，碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4-5倍左右。数年来，F1车队一直采用碳纤维复合材料制造其赛车的碰撞缓冲构件，从而显着减少了这顶级汽车运动项目中的重伤事故。
4 碳纤维增强复合材料在汽车中的应用存在的问题
虽然碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量、比重小、耐腐蚀且具有较高的强度和硬度，但碳纤维增强复合材料的价格昂贵，大批量、高效率生产汽车零部件的工艺方法仍需要进一步发展、完善，严重影响其在汽车工业中的应用。除了价格因素之外，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用还存着在一些问题需要解决。存在的问题如下：
1. 成本问题。碳纤维增强复合材料所用的纤维和基体材料价格高，是该材料在汽车工业广泛使用最大的障碍。生产碳纤维的原丝――聚丙烯晴丝较贵，美国正在研究以纺织商品级的聚丙烯晴丝为原丝并能够快速生产廉价碳纤维的工艺，可望将碳纤维的价格降至3美元/磅。
2. 缺乏大批量、高生产效率的碳纤维复合材料汽车零部件的生产方法。
需研究能够生产多种形状和性能的汽车零部件工艺方法，由于汽车行业特点，要求工艺成本要低，生产率要高。研究发展高效、低成本的复合材料零件生产工艺意义重大。
3. 缺乏复合材料的快速、大批量连接技术。 4. 复合材料汽车零部件的回收再利用问题。
5. 碳纤维增强热固性树脂基复合材料的回收尚存在一定问题，有待解决。 6. 复合材料汽车零件的设计数据、试验方法、分析工具、碰撞模型等尚不完善。
结束语
碳纤维增强复合材料如此昂贵，还有发展空间吗?答案是肯定的。目前碳纤维增强复合材料在技术等各方面都取得了长足的进展，应用领域也在不断扩展，从以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的军事领域，逐步拓展到工业应用领域，特别是近几年以来，碳纤维增强复合材料在土木工程、交通运输、纺织机械等方面的应用大幅增长，尤其在汽车上的应用大幅增加，据相关部门预测，世界碳纤维需求每年将以大约13%的速度飞速增长。谁先掌握先机的技术，研究出高效率，成本低的生产先进工艺就能占领整个市场，因此而获得巨大的经济效益。目前我们需要做的是研究高效、低成本的生产工艺，研究快速、大批量的链接技术，研究回收复合材料的回收再利用技术，完善复合材料汽车零件的设计数据、实验方法、分析工具、碰撞模型等，从这几个方面入手，碳纤维增强复合材料的成本会大大降低。
目前碳纤维材料在民用量产汽车，尤其是中档产品应用也十分广泛，很多厂商也已经开始提供碳纤维材料的小组件，如后视镜壳、内饰门板、门把手、排挡杆、赛车座椅、空气套件等，同时可以原装位安装到发动机舱的风箱、进气歧管等碳纤维改装件也是品种繁多。碳纤维材料在汽车领域的应用越来越多也越来越广泛，相信在不久的未来，汽车排放越来越“低碳”，而汽车本身则会越来越“高碳”。随着碳纤维行业的不断成熟与发展，以及节能减排和汽车轻量化大方向的指引，碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命”的领导者。可以预见，碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革潮流，一个新的市场突破点正在形成。
国际上已将碳纤维复合材料在汽车中的应用列为汽车轻量化材料发展计划的关键内容，并取得了重大进展国际碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长也给中国碳纤维行业提供了难得的发展机遇。随着应用研究的进一步深入，未来碳纤维产品将趋向于高性能化，民用、工业用量将继续保持大幅增长趋势。受益于庞大的内需市场，碳纤维增强材料汽车零部件这一细分市场必将有巨大的增长空间。
参考文献
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