碳纤维复合材料
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碳纤维复合材料范文第1篇
在现阶段发电部门重点研究的技术中，风力发电是其中的重要组成，在环保和经济领域，风力发电技术发挥了至关重要作用，其未来的发展也将不可限量。在运用风力进行发电时，离不开风能和风电叶片的运用，在风电机的组成部分中，叶片是非常重要的部分，其与众多领域都有着密切联系，叶片的优化能够提升电能的转化效率。通常情况下，叶片长度与风机功率为正比例关系，为了实现风机功率的提高，设计人员在对叶片进行设计时，会增加其长度，同时，也加大了叶片重量。为了促进风力发电技术的良好发展，在加大叶片长度时，还应当对叶片制作成本进行控制，实现制作成本的降低。
2.1 主梁帽
现阶段，对于风机叶片来说，主梁帽是碳纤维最主要的应用部位，通过运用GFRP主梁帽，能够有效提升叶片钢度，与此同时，能够实现叶片重量的明显降低。根据国外有关专利及研究的相关报道，在叶片主梁帽的局部位置中，部分企业能够对碳纤维进行运用。2004年，在GEC设计的50m的风电叶片中，50%总长度的叶片主梁帽是由CFRP组成的，与全GFRP的风电叶片相比较，关于叶片主梁帽的厚度方面，减少了将近一半，关于叶片的重量方面，由9790kg下降到8236kg，减少了16%的重量，在叶根部位处，重力诱导弯矩缩减了26%。在这样的结构内，从全玻璃纤维过渡到全碳纤维复合材料的过程中则需要注意做好应变和刚度的优化，过渡区材料匹配问题。
2.2 蒙皮表面
在整个蒙皮表面都可以运用的碳纤维，能够将内支撑梁上的受力与扭矩作用进行减少，利用相关的设计工作，“材料诱导式”的叶片受灾扭曲耦合就能够完成。根据NEG麦康公司的有关专利报道，在对叶片蒙皮横截面外部圆周的薄层进行加固时，60%～85%的叶片总长度都是用CFRP条来进行加固的，利用这个薄层，能够将蒙皮抵抗拉力和压力性能进行显著提升。此外，根据其他相关专利报道，在对叶片迎风面锰铁进行制作时，全部采用GFRP来完成，在对主要承受压缩荷载的背风面蒙皮进行制作时，则是通过运用碳纤维或玻璃纤维复合材料来完成。
2.3 叶片根部
在对叶片根部位置进行制作时，通过运用碳纤维材料能够起到两方面作用，一方面关于根部材料的锻炼强度和承载强度方面，能够明显提升根部材料的锻炼强度和承载强度，明显降低施加在螺栓上的动态载荷性能，另一方面能够使叶跟法蘭处的螺栓数量增多，有利于巩固叶片与轮毂连接处的性能，能够将该连接处静态强度和疲劳强度进行提升。
2.4 叶片前后缘防雷系统
根据国外有关专利的相关报道，在叶片前缘及后缘位置处，利用碳纤维来进行制作，通过碳纤维会对叶片刚度和叶片质量产生一定影响，能够将叶片高度进行明显提升，与此同时，也能够将叶片质量进行降低，除此之外，经过特殊的设计工作，还具备一些特殊性能，能够对叶片起到很好保护作用，通过特殊设计工作的开展，能够使叶片高效避免雷击损伤，避免雷击对叶片性能进行破坏，能够使叶片的相关性能得到很好保障。
2.5 靠近叶尖部分
根据LM公司有关专利的相关报道，在25%至50%的整体叶片长度，也就是靠近叶尖的部分中，在对这个部分进行制作时，通过利用CFRP来完成，在叶根部位的临近处，则是通过利用GFRP来制作完成，在中间过渡区域中，通过GFRP来逐步取代CFRP。利用CFRP来对临近叶尖位置处进行制作，其具有较少重量，可以利用比较少的材料，对叶根临近部位进行制作，这样能够将轮毂上的负载性能进行降低。除此之外，在具有较大高度的叶尖位置处，可以对其采取相关减小方法与措施，这样可以使叶片振动方向和强度得到保证，当叶片出现偏振状况时，特别是偏振情况比较强烈时，在很大程度上，能够导致叶片尖部对杆塔位置进行击打，一旦出现这种情况，就会对机械设备和人员安全问题产生威胁。在相对较低刚度的叶根位置上以及相对比较硬的叶尖部位处，就会促进偏斜形状形成，这样就能够提升气动阻尼，通过气动阻尼的不断增加，能够将气动载荷性能进行降低。此外，利用中间过渡区域，能够使CFRP与GFRP中间刚度突发变化，而造成的应力集中情况得到很好避免。
3 结语
风力发电机已经日渐成为电力行业发展的重点研究项目，通过风能进行发电则可以对能源予以利用，并到达更好的电能发电效果。将碳纤维复合材料应用到风电叶片设计之中，不仅能够增加风机的功率，而且能够增加减小叶片碰撞塔架的概率，对于发电效果的优化和提升具有重要影响。相关人员还要就此方面予以深入研究，让碳纤维复合材料的应用成为风电叶片设计常态，让我国的风力发电事业得以长足发展。
参考文献：
碳纤维复合材料范文第2篇
【关键词】 碳纤维 表面处理 界面性能 抗弯强度
1 前言
与传统金属材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，被广泛应用于航空航天、军事、汽车、体育等领域。
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，它具有乱层石墨结构，其密度仅为钢密度的1/4，具有优异的力学性能，热稳定性，是一种高性能的先进非金属增强材料。
尽管碳纤维性能优异，但，由于其属脆性材料，单独使用，许多性能无法得到充分的发挥。只有与其它基体材料结合成复合材料，材料性能形成互补，才能有效发挥其优异的力学性能，因此，碳纤维在复合材料中被用作增强相。
用作复合材料的树脂基可分为两大类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预聚体或带有活性基团的高分子量聚合物组成；成型时，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成具有网状交联体结构。常见的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在温度超过熔点时熔融，具有流变性，属物理变化。常见的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯等。
复合材料的界面由增强材料表面与基体材料表面相互作用形成的，它包含两相之间的过渡区域，界面相内的化学组成、分子排列、热性能、力学性能呈连续梯度性变化。界面相的结构由增强材料与基体材料表面的组成及二者之间的反应性能决定的，因此纤维表现处理的结果将影响复合材料的性能。
通过纤维表面处理可以增强纤维表面的化学活性与物理活性，从而增加其与基体间的结合或粘结。目前，对纤维表面处理主要有空气氧化法、液相氧化法、等离子体氧化法和电化学氧化法等方法。本文采用浓酸氧化处理、电化学处理方法对碳纤维表面进行处理，并利用SEM对比观察了处理前后纤维表面的形貌，研究碳纤维增强复合材料性能的影响。
2 实验方法及条件
2.1 碳纤维表面处理过程
2.1.1 浓硝酸氧化处理
将一定长长的碳纤维置于浓硝酸溶液中，在室温条件下分别处理30、60、90分钟，然后经自来水、纯净水清洗数遍，干燥，既得到表面处理后的碳纤维。
2.1.2 电化学表面处理
配制一定浓度的稀酸溶液作为电解液，将清洗过的碳纤维作为阳极，在电解槽内进行阳极氧化表面处理，通电电压分别取1.2V、4.8V、10V和15V，处理时间为5min和10min，之后再经清洗、干燥，得到表面处理后的碳纤维。
2.2 抗弯强度测试
将表面处理的碳纤维与树脂粘结，热处理后，固定在沉积炉的两个电极上，通电加热至800～1100℃，沉积时间4～6h。
将试样加工成5mm×5mm×30mm，每组5个，采用三点弯曲法测试试样的抗弯强度，取5个数值的平均值作为每组试样的测试结果。
3 试验结果及讨论
3.1 浓硝酸表面处理时间长短对复合材料单向抗弯强度的影响
从表1中可以看出，碳纤维处理60分钟后，所制备的复合材料强度增幅最大，30分钟下，强度基本没变，90分钟强度有所增加。液相氧化的作用主要在于除去纤维表面的浆层，对纤维的强度没有明显的影响。复合材料强度的提高是因为表面浆层除去后，纤维表面的粗糙度增加，增加了快速升温过程中热解碳与纤维的亲和力和粘结强度。
3.2 电化学处理对复合材料抗弯强度的影响
碳纤维电化学处理过程易操作，（表2）为纤维表面电化学处理不同条件下单向复合材料的强度值，从处理结果可见，处理电压和时间变化对制备的复合材料的抗弯性能影响较大。在电压4.8V、10min处理条件时，由处理纤维制备的复合材料的抗弯强度比未处理的低3.6MPa，且电压升高至10V时，复合材料抗弯性能进一步恶化。
（图1）为不同处理碳纤维所制备的复合材料抗弯强度变化曲线，从中可以得出，采取5分钟处理，复合材料抗弯强度变化均匀，基本呈线性降低，而10分钟处理后，材料强度随电压增大降低幅度增大，这说明短时间电化学处理对纤维表面作用较温和，且处理效果随电压的增大，10分钟处理较5分钟处理强度降低幅度较大。这是由于高压长时间处理条件下，纤维表面破坏较严重，从而使得复合材料的力学性能下降。
4 结论
（1）碳纤维表面经浓硝酸处理后，表面浆层去除，沟槽进一步加深加宽，表面粗糙度和比表面积增加，有利于复合材料的抗弯强度的提高。但处理时间过长，纤维表面出现不同程度的损伤，这对提高材料强度是不利的。
（2）通过对纤维表面电化学处理的研究得知，采用低电压，短时间的处理条件，对碳纤维表面较温和，有效地提高了Cf/C复合材料的抗弯性能；高电压或长时间处理时，纤维表面出现“松树皮”状凸起，此时纤维本体受损严重，降低了复合材料的力学性能。
（3）对比浓硝酸氧化处理，电化学处理时间短，增强效果较明显，电化学对纤维表面作用包含至少除去薄弱外层和表面氧化刻蚀两种机理，甚至过程更为复杂。
参考文献
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碳纤维复合材料范文第3篇
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，被誉为黑色黄金。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。碳纤维不仅自重轻、强度高、性能稳定，同时它易于产品设计，通过对纤维排列不同取向可以满足不同的需求，是结构类应用首选材料。环氧树脂形式多样，应用方便，固化后尺寸稳定，收缩性低，具有优良的力学性能，耐酸碱。两者结合后称为碳纤维-环氧树脂基复合材料，也就是碳素复合材料，成为当今新一代的材料之王，是各类运动器材的首选材料。
减重
自行车的功能从交通工具进入到骑行运动、休闲健身后，碳素复合材料作为首选材料完全能满足骑行运动、休闲健身所需求的自重更轻，强度更高，骑行感觉更佳的诉求。实践证明，以碳纤维复合材料替代钢或铝金属材料，减重效率可达20%～30%，应用在自行车上，自重减轻30%，相当于增加有效骑行力45%以上。据专业测算，对一辆结构相同的自行车，若重量相差四磅（约合1.8公斤），同一运动员在两公里的行程中，重的那辆要慢193英尺（约58.82米）。难怪业界人士常有自行车重量降低一克，卖价可提高一美元的说法。
高强
除了为自行车减重，碳纤维复合材料也大大提高了车身的整体刚度，增加安全性。碳纤维复合材料中基体是以连续相形式包围着大量独立存在的纤维，这种由多相组成的材料在受到冲撞时，即使有少量的纤维断裂，其载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使结构还能承载原有的重量，大大提高了骑乘的安全性。而一般金属材料的疲劳破坏是没有明显征兆的突发性破坏。研究表明，碳纤维复合材料车架耐冲撞试验可达百万次以上，远远超过了日本工业标准规定的十万次标准。
减震
碳素材料的优势还不止于此。碳素复合材料的应用还显著改进了自行车的抗震性。刚度好的车架有利于驱动力的转换，操纵性能的提高。碳纤维复合材料自行车结构坚固，不易变形，而且减震效果突出。据报道，对形状与尺寸相同的车架进行试验表明，铝合金车架需要9秒才能停止振动，而碳纤维复合材料车架只需2.5秒就可停止，复合材料良好的阻尼性减轻了自行车的颠簸。不仅如此，和金属相比，碳纤维制成的自行车还具有良好的耐锈蚀性。高分子材料的耐酸碱、工业大气下性能良好，因此使用碳纤维树脂基复合材料制成的自行车零部件有无可置疑的耐环境性能。
碳素纤维复合材料在自行车中的应用
碳素复合材料主要应用在车架及结构性部件上。车架是自行车的灵魂，一辆综合性能卓越的自行车，必然有一个高性能的车架。碳素复合材料车架具有材料本身减重效应明显，重量超轻，应用后将碳素复合材料的高模量、高强度发挥得淋漓尽致，能吸收地面的冲击力，踩踏的反拨力快，几乎没有疲劳性等特点，是理想的自行车车架素材，成为运动竞技自行车的最佳材料选项。虽然具有优异的性能，但是复合材料自行车的设计和制造也远比一般金属材料自行车要更为复杂。
碳纤车架，主要技术点在于应力方面的结构设计。结构工程师综合模拟并测试车架各方向的受力情况后，科学地进行碳素复合材料的叠层的排列与设计，并结合车架管形的设计，传动模拟，试验验证后最终能获取科学数据，制造出高性能的车架。
在制作工艺上，需要首先将碳纤维与环氧树脂结合后形成碳素复合材料的预浸材料。材料经裁剪、卷制、热固化成型等工艺制成毛胚，再经打磨、抛光工艺才能最后制成成品车架。碳纤车架需求的多样化与市场化，使得车架成型技术也经历着不断的优化创新，部件分体成型法、一体成型法、气袋内压成型法、硅胶内蕊成型法、真空外压成型法、混合工艺成型法等都是较有代表性的制造工艺。
1974年，美国Apex Proto公司制造了一只薄壁不锈钢接头粘合的碳纤维复合材料自行车车架，1976年Exxon公司制造了石墨纤维和铝复合的Graftek G-1车架。但由于研究、开发和销售这些复合材料的车架费用巨大，无利可图，最终只能停产。1980年，法国TVT工厂第一次出售了复合材料自行车车架。1986年CCI公司设计的复合材料车架Kestre14000由于设计独特、造型新颖在业内产生了轰动。1987年，美国Treak公司推出Trek2500型复合材料车架获得了市场成功。此后，Peugeot、Vi、R-aleigh等美国公司也积极开始了复合材料自行车的设计制造。日本、台湾也都建立起了复合材料自行车生产线，达到年产五万辆以上的规模。
近年来，日本、美国、西欧及中国台湾利用对飞机部件的设计制造方法，分析了车架的应力承受情况，对受力较大的部位予以增强，更符合空气动力学要求。用内部加压注塑的方法制成的整体式碳纤维车架，整个自行车的重量可控制在7.5公斤左右，较管状粘接的车架轻20%，而刚性与铬钼车架相当，可以避免粘接问题，摆脱了传统的菱形车架模式，制造更趋于流线型、多样化。通过在树脂中添加适量染料，还可使产品表面更加艳丽。
除了车架，车轮是复合材料在自行车产品应用中的又一项成功。日本新日铁公司开发的自行车后轮，设计为采用乙烯树脂片材中加入芳酰胺纤维结构的碟轮。还有杜邦公司的三辐轮复合材料车轮，辐条也是用复合材料制作。辐条的外形采用前缘钝，后缘薄，使车轮在运动时产生最大的空气动力效果。轮缘部位设计为翼型，使轮缘作为前缘和后缘时都具有空气动力的效果。这样设计制造的复合材料空气动力车轮不仅重量更轻，在速度、强度、刚性等测试中均较钢丝车轮有更佳的表现。设计人员在设计中队骑行者遇到的空气阻力进行分析比较，在保持载荷的同时可以将比赛速度提高1-2km/h。
随着自行车竞技运动的发展以及绿色骑游文化的普及，碳素复合材料在竞技自行车领域、高档通行自行车领域应用呈现普及化，也带动了技术、工艺、质量等方面的全面提升。碳素复合纤维轮胎、碳素复合纤维车把、碳素复合纤维轮毂、碳素复合纤维前叉、碳素复合纤维避震器，复合材料等组件可谓比比皆是。根据不同部件使用要求和特点开发的新型复合材料也呈爆炸式发展。相应的，复合材料的蓬勃发展也加快了自行车产品的技术革新，新材料制作的新产品如雨后春笋应运而生。德国Karbon Kinetic-sLtd.公司推出的复合材料自行车就是基于全球著名的工程热塑性材料供应商沙伯基础创新公司出品的LNP VertonRV00CE特种复合材料设计制造。该材料不仅被应用于自行车领域，在雪鞋等要求坚固耐用、质轻减震的运动用品中均有上佳表现。
市场前景
碳纤维材料在发明之初主要应用在以航空航天为首的国防军工领域中，作为重要的国防战略物资属于技术密集型和政治敏感的关键材料。碳纤维不仅价格昂贵且技术保密，成为民用普及的瓶颈。目前世界碳纤维产量达到4万吨／年以上，全世界主要是日本东丽、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、韩国泰光产业和台湾省的台塑集团等少数单位掌握了碳纤维生产的核心技术，并且有规模化大生产。各大碳纤维生产公司在冷战后除了扩大产能、研发新产品外，也都致力于降低碳纤维价格。据美国岩石山研究所对碳纤维作出的研究分析，只有当碳纤维价格降至每千克16.5美元以下才与钢材相比具有竞争力。而目前日本东丽公司的T700价格较钢材贵一倍还多。
竞技体育更关注性能，是高新技术民用化的前哨战和试验场。目前所有的比赛用车，无论是山地车或是室内自行车都几乎是碳素材料的天下，今年亮相的环法自行车赛比赛用车也都是清一色的碳素材料产品。但国外生产研制厂家在普及碳纤维自行车应用的同时，为增强企业的高科技形象，大多都是以发展碳纤维自行车的高档化与新颖性方面为重点，很少考虑成本。以美国德耳塔运动公司2010年最新推出的碳纤维网格结构自行车为例。该车架充分利用了网格结构重量效率高、抗压及抗弯曲性能好、耐损伤程度高大、易检测与修补等优点。采用该结构制造出的轻便自行车只有2.5公斤，即使是180公斤的重量级男子坐在上面，自行车也可以轻松自如地前进。如果将车架用于折叠自行车，人们就可以轻松地拎着它上公交、挤地铁了。产品结构新颖，应该很受消费者青睐。但该车的车架成本高达6995美元，整车则要11995美元，可以说自行车卖出了汽车价，根本不能进行批量生产。
尽管如此，碳纤维自行车市场随着其影响力的不断扩大仍有显著增长。2000年以前，碳纤维自行车的年产量只有几万台，基本上都是供专业或半专业人士使用。而到2010年，仅台湾与中国大陆地区就生产了约三十万台。可以说在这十年里，碳纤维自行车市场经历了爆炸性的增长。而碳纤维自行车的价格也从神话般高价位走到一般大众生活中。早期一辆碳纤维自行车售价数十万元，现在随着工艺成熟，材料市场进一步扩大，生产制造商不断创新，降低成本，目前市场也已经出现了不足万元的碳纤维自行车，让大众群体也可以享受到实惠。只有让更多的消费者接受体会碳纤维自行车的好处，才能更快地推动碳纤维等新型材料在自行车上的应用。
全世界每年生产的自行车总量超过一亿辆，而碳纤维自行车只有七十万辆左右。性能如此优越的材料在自行车的生产总量中只占很低的比例。业内人士指出，随着工艺和成本的优化，碳纤维自行车已经能够逐步走进寻常百姓家，让更多人享受绿色健康的骑行乐趣。
碳素复合材料的优势
质轻坚固
可定向优化性能
可塑性强
为产品创新设计留有更大空间
碳素复合材料的弊端
价格较钢铁昂贵
制造工艺较复杂
接合、维护难度大
碳纤维复合材料范文第4篇
关键词：碳纤维复合材料；表面裂纹；纤维弯曲；无损检测
中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0043-02
CFRP全名为碳纤维增强树脂基复合材料，其中碳纤维作为增强相，树脂基作为基体。与金属材料相比，CFRP有更好的比强度、比刚度、抗疲劳性、抗腐蚀性和减震性。因为其优良的特性被广泛应用于航空航天、体育及休闲用品和建筑等领域。然而CFRP在使用或制造的过程中会出现表面裂纹和纤维弯曲等损伤，比如使用时遭遇冲击或被尖锐物体划过表面就会造成表面裂纹，制造过程中快速固化引起残余应力提高便会造成纤维弯曲。这些损伤可以对结构造成致命威胁，引发重大事故，因此对CFRP结构进行无损检测显得意义重大。CFRP是各向异性材料，这使得对CFRP材料表面裂纹与纤维弯曲等损伤的无损检测研究变得更为棘手。
目前对CFRP进行无损检测的方法主要有超声检测、红外检测、涡流检测、太赫兹时域光谱检测、声发射检测以及微波检测等，每种方法有其擅长检测的缺陷类型。本文就国内外研究人员针对CFRP表面裂纹与纤维弯曲这两类损伤的检测进行的研究展开介绍，并对今后的研究提出一些看法。
1 CFRP表面裂纹检测的研究现状
超声技术是目前针对CFRP表面裂纹的一种主要无损检测方法，不断有学者在这方面做出创新，激光超声检测便是一种新兴技术。1963年，R.M.White发现激光超声现象，即用激光束照射到物体时，物体表面10～100μm厚度内会激发出超声波。对激发出的超声波信号进行分析就可以得到物体表面的轮廓信息[1]。自1980年开始，美国学者开始了将激光超声应用于无损检测的研究，由此产生了激光超声检测技术[2]。20世纪90年代开始将激光超声技术用于复合材料的检测[3]。后来此项技术被洛克希德・马丁空间系统公司获得，在美国军方联合攻击机JSF目的竞争以及开发F22与F35型战斗机的过程中，该技术获得了极大地发展，在检测CFRP表面裂纹的能力方面也取得了重大进步[4]。
涡流检测技术也是检测CFRP表面裂纹的一种重要方法。电涡流遇到缺陷时发生扰动，其在CFRP表面产生的磁场亦发生变化，通过分析CFRP样品表面的磁场信号可以得到样品表面的轮廓信息，检测出缺陷。2003年，C.Carr等利用基于超导量子干涉仪（HTS SQUID）磁力计的涡流检测系统对CFRP样品进行检测，根据样品板表面的磁场分布，检测出了样品板表面的裂纹[5]。2005年，R.Grimberg等利用涡流微聚焦传感器对CFRP板表面进行扫描，利用全息信号处理法处理信号的相位信息，得到了聚焦的较为清晰的图像，重构了碳纤维的分布情况，从而检测出了表面裂纹[6]。
2015年，中国计量学院的廖晓玲等利用反射式太赫兹时域光谱（THz-TDS）成像技术对CFRP缺陷进行了无损检测实验，获得了含不同缺陷碳纤维样品的成像结果及数据。发射探头两侧有多个接收探头，通过处理接收探头获得的反射信号便可重构缺陷信息。结果表明，反射式THz-TDS成像技术在0.1～3.5THz波段对CFRP中热损伤、划伤缺陷、磨损缺陷及孔洞缺陷成像清晰，分辨率较高[7]。
2016年，国防科技大学何S泽等通过电磁感应加热与红外热成像测温相结合的技术成功地对冲击后的CFRP样品进行了表征和损伤检查，识别了破碎的碳纤维，检测出了CFRP表面裂纹缺陷[8]。
2 CFRP纤维弯曲检测的研究现状
国内外对CFRP纤维弯曲检测的研究起步较晚，2015年，杨玉娥等研究微波信号在复合材料中的传播特性，使用N5225A网络分析仪对碳纤维的方向和纤维弯曲进行了微波无损检测研究，用微波信号反射系数的相位和幅值来表征纤维方向和纤维弯曲缺陷。结果表明，在频率为38GHz时可以用反射系数幅值表征纤维弯曲缺陷，反射系数幅值最大变化为0.004[9]。
2015年，日本的K.Mizukami等提出了一种探测器来检测单向CFRP平面内和平面外纤维弯曲，基于涡流的非破坏性技术来表征纤维取向。这种探测器由三个矩形线圈组成，其中两个相同的线圈共面放置作为激励，正中间一个接收线圈与两激励线圈所在平面垂直放置。通过变换探测器放置的方式，可以测量面内纤维波纹度（即纤维弯曲程度）、面外纤维波纹度以及纤维方向角。实验研究表明，他们所提出的探测器可以检测出薄的单向CFRP中长度为15.9mm，最大偏移量为1.1mm的面内纤维波纹度，也可以检测出厚的单向CFRP中最大偏移量为3.5mm的面外纤维波度。他们发现扫描具有平面外波纹的材料获得的复平面中的输出信号变成环形图，环形图可用于识别平面外纤维波度的存在和位置[10]。
2016年，他们又提出了一种可视化多向CFRP纤维波纹度检测方法。由于由驱动线圈感应的涡流沿着碳纤维流动，所以如果涡流路径可视化，纤维波动就可以可视化。他们提出了一种新的复平面分析方法来将涡流路径可视化。该方法的有效性通过有限元分析得到了验证。对多向CFRP试样进行实验，在样品中人工诱导具有6.9°至24.9°的失准角的面内波纹。从磁场数据可视化涡流路径，得到了波纹的形状。将波状涡流路径的尺寸与通过X射线计算机层析成像测量的波纹尺寸和光学图像进行比较，结果表明，涡流法可以准确地估计表面波度尺寸，但低估了内部波动尺寸[11]。
3 展望
国内外关于CFRP表面裂纹与纤维弯曲的无损检测研究取得了可喜的进步。未来可以在如下方面展开进一步的研究。
（1）目前很少有专门针对CFRP表层裂纹的研究报告，裂纹造成的纤维断裂对CFRP结构的危害是不容小觑的，希望有擅长检测裂纹的无损检测专家对此多加关注，给CFRP表面裂纹检测研究提供更多可供参考的文献。
（2）涡流检测中用于检测CFRP表层裂纹的器件主要是HTS SQUID，但是HTS SQUID工作频率低，此时CFRP中涡流密度很小，信噪比低，并且HTS SQUID体积大，不利于现场检测操作。因此有必要研究使用方便，可在较高频率下工作的探头。
（3）关于CFRP纤维弯曲的无损检测研究还非常少，还有很多工作可以做，鼓励无损检测各个领域的专家对此展开研究。
致x：感谢福建省传感技术重点实验室和厦门市传感器技术重点实验室经费的支持。
参考文献
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碳纤维复合材料范文第5篇
关键词：玻璃纤维布；碳纤维布；复合材料；力学性能；纤维
复合材料纤维复合材料，简称FRP，因其较大的强度和较良好的耐久性，获得了材料学界的广泛关注，其中碳纤维增强环氧树脂复合材料具有其他材料都没有的良好的耐高温和耐腐蚀性，作为玻璃钢一大分支的玻璃纤维增强环氧树脂复合纤维，比重小，比强度高是它的一大优点，良好的耐化学性使它的可使用范围更加广泛。另外，碳纤维增强环氧树脂复合纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合纤维都具有质量轻和力学性能优良的特点，在当下材料短缺的现状下，如果能将这些材料应用于各行各业中，将会降低部分产品的高成本，解决原料短缺的问题，促进材料学以及社会经济的一大发展。
1碳纤维增强环氧树脂复合材料
1.1碳纤维的发展历程
碳纤维作为一种无机高分子化学材料，主要组成元素是碳元素，碳纤维是一种纤维状碳化合物，是在惰性气氛和高温条件下有机纤维碳化而形成的，有纤维、布料等多种形式，也有多种分类，按照其力学性能的不同，可以分为高强度、超高强度等，根据其元素的不同可分为纤维素基、酚醛基和沥青基等，碳纤维主要是在复合材料中充当增强材料，根据不同的基体材料以及复合方式可以达到不同的效果。碳纤维复合材料具有较好的耐高温性和耐疲劳性。很久以前，就有很多科学家从碳纤维入手，成功制备了力学性能较好的黏胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维，后来，碳纤维的应用范围不断扩大，在运动领域、航空、人造卫星等多个领域都有其应用。
1.2碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能
通过查阅资料我们可以知道，碳纤维力学性能非常好，相比其他材料来说，碳纤维的抗拉强度和弹性模量都比其他纤维高出不少。为了研究成型压力对其拉伸性能的影响，我们进行了一系列实验，运用控制变量法，选取成分含量相同的树脂溶液，使用相同的碳纤维单向布，改变成型压力，制备不同的碳纤维增强环氧树脂好复合材料，通过压力测试，对不同的碳纤维复合材料拉伸性能做出评价。最后试验结束，在拉伸的过程中，不同的成型压力的复合材料会出现不同的断裂程度，因此我们能够得到下列结论，增加复合材料的成型压力可以在一定范围内增加复合材料的拉伸程度和弹性模量，这说明在一定的范围内，成型压力的适当增加对树脂基体对纤维的浸润程度有促进作用，可以提高树脂与纤维之间的粘合性，因此复合的效果也就越好，材料的拉伸性能也就越高。
2玻璃纤维增强环氧树脂复合材料
2.1玻璃纤维的发展历程
玻璃纤维制品被广泛应用在各行各业，它是一种具有较高性能的无机非金属材料，具有较好的耐热性和耐腐蚀性，主要成分是二氧化硅，根据其形态和长度可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉，根据玻璃中碱的含量可以分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维，因为其良好的绝缘性和耐热性，常作为电绝缘性材料和保温材料出现在我们的生活中。玻璃纤维和碳纤维一样，常作为增强材料，被广泛应用在各个领域。玻璃纤维是玻璃钢的一种因此它的性能较钢的性能要高出许多。玻璃纤维作为增强材料，其中最出名的就是玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，环氧树脂是一种性能优良的热固性树脂，与其他不聚酯树脂相比较，力学性质更优良，点绝缘性能越高，耐化学药品性、耐热性以及粘合性能也越好，当环氧树脂与玻璃纤维形成复合材料时，由于它较强的粘结性，因此可得到较高的界面剪切强度，复合材料使环氧树脂本就优良的力学性质耐化学性得到更好的发挥。
2.2玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能
通过下表中玻璃纤维与钢性能的对比可以知道，玻璃纤维具有很好的力学性质，因此，它是一种较好的复合材料中的增强材料。玻璃纤维是单项排列在树脂基体内的，所以当纤维含量达到一定值时，当外力通过树脂基体作用到纤维上时，由于各向异性的影响，外力的作用方向会发生改变，开始沿着纤维取向的方向发展，在一定程度上使力的作用发生分散，从而对复合材料的破坏程度降解到最低，提高了复合材料的力学性能，但是当复合材料中纤维材料含量过多时，部分纤维很难被树脂基体完全浸润，造成材料中许多结合界面结合力减弱，当外力作用到材料上时，力的传递失去了它本应有的效果，从而使材料的性能下降。
3结语
经过多年的发展，我国的复合材料也跃居世界前位，但在很多领域我们或许对碳纤维以及玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的研究还有很多缺陷。碳纤维以及玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的耐腐蚀性、绝缘性、耐化学性以及耐热性相比之其他材料都是非常优良的，由于其刚性好、强度高，因此可以广泛应用于航天航空以及运输领域，对这些优良性能材料的开发可以有效降低产业开发所需的高成本和能源短缺的严重问题，所以，总的来说，这些新型材料的发展在未来的高新产业肯定会有美好前途，会产生大的作为。
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