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长切/短切/连续碳纤维增强复合材料应用案例

2020-02-20

碳纤维复合材料具体有短切、长切、连续碳纤维增强不同应用形式,随着碳纤维复合材料的优势性能被多个领域所重视,新的碳纤维复合材料产品应运而生,下文仅针对航空、体育、医疗这三个领域分别介绍一下不同碳纤维增强形式的新应用案例。
长切碳纤维增强复合材料仪器舱支架:
仪器舱支架是航天飞行器箭体结构中用于搭载线缆、仪器的重要支撑零部件,既要承受飞行过程中较大的振动、冲击载荷等压力,还要具备轻质、高强、减振等特征。

碳纤维辊

丁浩亮、李星华等人的《长切碳纤维增强尼龙仪器舱支架研制》一文介绍了一种采用6-25mm的长切碳纤维作为增强体,以尼龙PA为基体,通过熔融浸渍等工艺形成碳纤维增强复合材料,并以之作为原材料制作仪器舱支架的方法。因为选用的长切碳纤维在制件中的残余长度较长、分散性良好;使制件具备较高的比强度、比刚度和优异的抗冲击性能和耐疲劳性能。采用碳纤维复合材料制成的支架实物外观良好,具有高比强度和低收缩率,较铝合金制件结构减重可达50%,可镶嵌铝合金装配连接件。
在震动试验中,制件搭载了重8千克的负载,经随机振动历程后制件无裂纹、断裂等缺陷产生,在静强度及整体装配连接方面都能达到实验要求,能较好地满足航天飞行器对仪器舱支架的应用需求。
短切碳纤维增强复合材料兵乓球桌:
碳纤维复合材料碳纤维辊制成的兵乓球桌具有轻质、美观、减震和耐磨等优势,现阶段国内外举行的各大兵乓球赛事中都已经采用碳纤维复合材料兵乓球桌。
赵曼曼的《乒乓球桌碳纤维复合材料的力学和耐磨性能研究》一文提出,为了提升兵乓球桌中碳纤维复合材料的力学性能和耐磨性能等,可以采用表面包覆处理的方法制备兵乓球桌用短切碳纤维增强复合材料。
经过改性处理后的碳纤维增强复合材料的拉伸强度高于纯PEEK材料,其表面磨损程度相对较轻,除较浅的犁沟外,没有发生局部剥落或者微裂纹现象。而且,又因为短切碳纤维的加入会在复合材料中起到支撑骨架作用,从而减小PEEK基体承受的外加载荷,有效增加了复合材料抵抗外加载荷的能力。
连续碳纤维增强复合材料骨外科医疗支架:
目前,国内在热塑性树脂基体中使用连续碳纤维增强方式的案例还为数不多,不过近传出新的消息,无锡智上新材料科技有限公司根据客户的定制要求,采用连续碳纤维增强PEEK复合材料成功制作出了骨外固定器零部件。对制品进行检测,发现连续碳纤维与PEEK树脂结合使用后,其机械性能明显增加,材料的磨损率和摩擦系数也大幅度降低。这种复合材料保持了碳纤维材料极其优越的X射线穿透能力,便于临床医生对骨折断端进行修复或固定手术操作,以及后期的骨折愈合情况检查。
一般说来,医疗器械的蒸汽消毒过程会引发纤维与树脂基体的变化,并可通过扩散进入复合体系的界面,引起界面脱粘,导致材料的力学性能下降,但是无锡智上新材通过创新性的工艺处理,保证了连续碳纤维增强的PEEK复合材料在经过15-20分钟的常规蒸汽灭菌消毒后,力学性能几乎没有变化,并在高达数万次的70%以上为载荷的弯曲疲劳后,弯曲模量也没有显著变化,纤维与基体的结合仍然很好,更好地满足骨外固定材料在使用期间承受高频次高温消毒和循环弯曲应力的需求。

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