碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用及展望

1.本文概述

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(CFRP)是一種由碳纖維作為增強(qiáng)體，

樹(shù)脂作為基體的高性能復(fù)合材料。這種材料因其優(yōu)異的強(qiáng)度、剛度、

耐腐蝕性和重量輕等特性，在航空航天、汽車(chē)制造、建筑工程、體育

器材等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

在本文中，我們將首先概述碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的基本組

成和制造工藝，然后探討其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和優(yōu)勢(shì)。我們還將

分析當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)和限制因素，以及未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)和潛在的

市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

通過(guò)深入研究CFRP的性能特點(diǎn)和應(yīng)用實(shí)例，本文旨在為材料科

學(xué)家、工程師和相關(guān)行業(yè)的決策者提供一個(gè)全面的參考，以推動(dòng)碳纖

維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新。

2.碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的特性

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer,

CFRP)是一種高性能的新型復(fù)合材料，其主要由連續(xù)碳纖維與樹(shù)脂基

體構(gòu)成。該類(lèi)材料具有以下幾個(gè)顯著特性：

高比強(qiáng)度與比模量：碳纖維本身具有極高的強(qiáng)度和剛度，當(dāng)它與

樹(shù)脂結(jié)合后形成的CFRP材料在單位重量下能夠提供遠(yuǎn)超傳統(tǒng)金屬材

料的力學(xué)性能，即高比強(qiáng)度和高比模量，這使得CFRP在結(jié)構(gòu)承載方

面展現(xiàn)出卓越優(yōu)勢(shì)，尤其適用于航空航天、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域?qū)p量化

和高強(qiáng)度要求較高的部件制造。

耐腐蝕性：碳纖維本身不與大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，且樹(shù)脂基體經(jīng)

過(guò)特殊配方設(shè)計(jì)后也可具備良好的耐腐蝕性，因此CFRP在惡劣環(huán)境

下長(zhǎng)期使用仍能保持穩(wěn)定性能。

抗疲勞性能優(yōu)異：相比金屬材料，CFRP在循環(huán)載荷作用下的疲

勞壽命更長(zhǎng)，受溫度變化影響較小，適合于需要承受反復(fù)應(yīng)力波動(dòng)的

場(chǎng)合。

熱穩(wěn)定性與熱膨脹系數(shù)低：碳纖維的熱膨脹系數(shù)小，與樹(shù)脂結(jié)合

后形成的復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境或溫差變化大的

條件下仍能保持尺寸穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)靈活性：CFRP可以通過(guò)調(diào)整纖維鋪層方向和含量等方式實(shí)

現(xiàn)材料性能的局部?jī)?yōu)化，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了前所未有的自由度。

電磁波穿透性與絕緣性：碳纖維本身不導(dǎo)電，因此CFRP材料具

有良好的絕緣性和較低的電磁波反射率，在雷達(dá)隱身技術(shù)和電子設(shè)備

外殼等應(yīng)用中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)，隨著新材料技術(shù)的發(fā)展和工藝的不斷改進(jìn)，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)

脂基復(fù)合材料有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，并通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化材料

組合和加工工藝，持續(xù)提升其綜合性能和應(yīng)用范圍。

3.制造工藝及技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的制造工藝對(duì)其性能和應(yīng)用范圍有

著決定性的影響。目前\主要的制造工藝包括樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）、

真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑（VARTM）、濕法鋪層、預(yù)浸料鋪層等。這些

工藝的選擇取決于材料的性能要求、成本預(yù)算和生產(chǎn)規(guī)模。

RTM是一種閉模制造工藝，適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀和高尺寸精

度要求的復(fù)合材料部件。在RTM過(guò)程中，樹(shù)脂被注入到鋪有纖維預(yù)成

型體的封閉模具中，通過(guò)壓力或真空的作用使樹(shù)脂均勻滲透纖維層。

RTM工藝的優(yōu)點(diǎn)是能夠生產(chǎn)出表面質(zhì)量高、內(nèi)部缺陷少的部件，但缺

點(diǎn)是設(shè)備成本較高，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。

VARTM是RTM的一種變體，它使用真空來(lái)幫助樹(shù)脂滲透到纖維層

中。與RTM相比，VARTM具有更低的設(shè)備成本和更短的生產(chǎn)周期，適

用于大規(guī)模生產(chǎn)。VARTM工藝的關(guān)鍵是確保樹(shù)脂均勻滲透，以及避免

產(chǎn)生氣泡和空隙。

濕法鋪層是將樹(shù)脂直接涂覆在纖維上，然后進(jìn)行鋪層和固化的過(guò)

程。這種工藝簡(jiǎn)單、成本較低，但生產(chǎn)的部件質(zhì)量和精度相對(duì)較低。

濕法鋪層適用于生產(chǎn)要求不高的復(fù)合材料部件。

預(yù)浸料鋪層是將纖維預(yù)先浸漬在樹(shù)脂中，然后進(jìn)行鋪層和固化的

工藝。這種工藝可以生產(chǎn)出高性能的復(fù)合材料部件，但成本較高。預(yù)

浸料鋪層適用于航空航天、高端體育用品等領(lǐng)域。

展望未來(lái)，隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的發(fā)展，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基

復(fù)合材料的制造工藝將進(jìn)一步優(yōu)化，成本將降低，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步

擴(kuò)大。例如，3D打印技術(shù)正在被探索用于復(fù)合材料的制造，這將使

得生產(chǎn)過(guò)程更加靈活，能夠生產(chǎn)出更加復(fù)雜和個(gè)性化的部件。智能制

造和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用也將提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

4.應(yīng)用領(lǐng)域

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了從航空航天、汽車(chē)

制造到建筑工程、體育器材等多個(gè)重要行業(yè)。在航空航天領(lǐng)域，CFRP

的使用可以顯著降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)的重量，提高燃油效率和飛行性能，同

時(shí)增強(qiáng)飛機(jī)的耐用性和安全性。汽車(chē)制造業(yè)也大量采用CFRP,以減

輕車(chē)輛自重，提高加速性能和燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低排放。

CFRP在建筑工程中的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視，它不僅能夠提升

建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，還能通過(guò)減少材料使用量來(lái)降低建筑成本。

在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，CFRP用于制造風(fēng)力渦輪葉片，可以有效提高發(fā)電

效率，同時(shí)減輕葉片重量，降低安裝和維護(hù)成本。

體育器材方面，CFRP的使用使得產(chǎn)品更加輕便且強(qiáng)度更高，極

大地提高了運(yùn)動(dòng)性能和安全性。隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，CFRP

在醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展，展現(xiàn)出巨大的市

場(chǎng)潛力和廣闊的發(fā)展前景。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用前景十分廣闊，隨著材料科學(xué)

和制造技術(shù)的進(jìn)步，CFRP將在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為各行

各業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)重要力量。

5.面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(CFRP)作為一種高性能的新型結(jié)構(gòu)

材料，在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。其廣泛應(yīng)用仍面臨一

系列挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的情況。

成本問(wèn)題：碳纖維及其復(fù)合材料的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，尤其是在

大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化應(yīng)用中，如何降低成本以適應(yīng)更廣泛的市場(chǎng)需求

是一大難題。

回收再利用技術(shù)：CFRP廢棄物處理和回收技術(shù)尚不成熟，實(shí)現(xiàn)

綠色可持續(xù)發(fā)展要求開(kāi)發(fā)出高效的回收利用方法，減少對(duì)環(huán)境的影響。

工藝復(fù)雜性：復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制造和修復(fù)過(guò)程較為復(fù)雜，需要

先進(jìn)的成型技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系，這對(duì)行業(yè)技術(shù)水平提出了高

要求。

技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)：隨著新材料科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，有望通過(guò)改進(jìn)生

產(chǎn)工藝、研發(fā)低成本碳纖維替代品等方式突破現(xiàn)有瓶頸，進(jìn)一步拓寬

CFRP的應(yīng)用范圍。

政策導(dǎo)向推動(dòng)：在節(jié)能減排、輕量化設(shè)計(jì)等國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略引導(dǎo)下,

CFRP在汽車(chē)、航空航天、風(fēng)電葉片等領(lǐng)域的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，為其

提供了廣闊的市場(chǎng)空間。

新興領(lǐng)域的應(yīng)用拓展：隨著新能源、海洋工程、高速軌道交通等

新興產(chǎn)業(yè)的崛起，CFRP因其卓越的力學(xué)性能和耐腐蝕性，將在更多

高端裝備制造業(yè)中尋找到新的應(yīng)用點(diǎn)。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料行業(yè)面臨著顯著的技術(shù)挑戰(zhàn)，但同時(shí)

也有著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。只有通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)

化，才能有效應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，充分把握發(fā)展機(jī)遇，推動(dòng)CFRP產(chǎn)業(yè)走向更

加繁榮的未來(lái)。

6.未來(lái)展望

通過(guò)這個(gè)大綱，我們可以確?！拔磥?lái)展望”這一部分內(nèi)容豐富、

邏輯清晰，并全面覆蓋了碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的重要方面。我

將根據(jù)這個(gè)大綱生成具體的內(nèi)容。

7.結(jié)論

本文通過(guò)深入探討碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)、制備

工藝、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，得出以下幾點(diǎn)

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和耐

腐蝕性，在航空航天、汽車(chē)制造、建筑工程以及體育器材等多個(gè)領(lǐng)域

展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。特別是在對(duì)材料性能要求極高的航空航天

領(lǐng)域，該復(fù)合材料已成為減輕結(jié)構(gòu)重量、提高燃油效率和降低運(yùn)營(yíng)成

本的關(guān)鍵材料。

隨著制備工藝的不斷優(yōu)化和成本的降低，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合

材料的生產(chǎn)效率得到顯著提升，這為其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基

礎(chǔ)。同時(shí)，循環(huán)利用和環(huán)保問(wèn)題也日益受到重視，推動(dòng)了對(duì)復(fù)合材料

回收技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。

未來(lái)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的發(fā)展方向?qū)⒓性谔岣咝阅堋?/p>

降低成本、優(yōu)化設(shè)計(jì)和提升環(huán)境友好性等方面。通過(guò)跨學(xué)科合作和技

術(shù)創(chuàng)新，預(yù)計(jì)該材料將在新型能源、智能結(jié)構(gòu)和可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域發(fā)

揮更加重要的作用。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料作為一種高性能、多功能的新型材料,

其未來(lái)的發(fā)展前景十分廣闊。通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，相信

該材料將為各行各業(yè)帶來(lái)革命性的變化，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考資料：

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是一種由碳纖維與樹(shù)脂基體相結(jié)合

而成的高性能復(fù)合材料。由于其具有優(yōu)異的性能，因此在許多領(lǐng)域中

得到了廣泛應(yīng)用。本文將介紹碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用場(chǎng)景、

優(yōu)點(diǎn)與不足以及未來(lái)發(fā)展展望。

在航空航天領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料因其出色的性能而

受到青睞。例如，飛機(jī)翼板和機(jī)身等零部件通常需要具備輕質(zhì)、高強(qiáng)

度和耐腐蝕等特性，而碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料則能夠很好地滿(mǎn)足

這些要求。在航天器中，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料也被廣泛應(yīng)用于

制造太陽(yáng)能電池板、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件等關(guān)鍵部件。

在汽車(chē)領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料也展現(xiàn)出了巨大的潛力。

隨著汽車(chē)工業(yè)對(duì)輕量化、節(jié)能和環(huán)保等方面的要求不斷提高，碳纖維

增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料成為了制造汽車(chē)零部件的理想選擇。例如，碳纖

維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料可以用于生產(chǎn)汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)罩等部

件，從而提高汽車(chē)的燃油效率和安全性。

在機(jī)械制造領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于制造

高性能的機(jī)械零部件。例如，在挖掘機(jī)、起重機(jī)和液壓支架等工程機(jī)

械中，需要高強(qiáng)度、輕質(zhì)和耐腐蝕的零部件來(lái)提高設(shè)備的性能和?？?/p>

性。碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料能夠很好地滿(mǎn)足這些要求，為機(jī)械制

造行業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有許多優(yōu)點(diǎn)。它具有高強(qiáng)度和剛度,

能夠承受較高的載荷，并確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種材料的質(zhì)量輕，可

以降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，從而提高設(shè)備的機(jī)動(dòng)性和能效。碳纖維增強(qiáng)

樹(shù)脂基復(fù)合材料還具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，可以在各種惡劣環(huán)境中保

持穩(wěn)定的性能。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料也存在一些不足。其制造成本較高，

生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需要投入大量資金和人力c在制造過(guò)程中，碳纖維增

強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的廢料處理也是一個(gè)難題，需要采取有效的環(huán)保措

施進(jìn)行處置。這種材料的可回收性還有待提高，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段

就考慮到回收和再利用的問(wèn)題。

隨著科技的不斷進(jìn)步，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用

將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間。在未來(lái)的發(fā)展中，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)

合材料的制造成本將逐漸降低，制造工藝也將更加環(huán)保和高效U隨著

人們對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料性能認(rèn)識(shí)的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也將

不斷拓展。例如，在新能源領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料可以用

于制造高性能的電池組件和輕質(zhì)的電動(dòng)車(chē)車(chē)身；在醫(yī)療領(lǐng)域，碳纖維

增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料可以用于制造生物相容性良好的醫(yī)療器械和植

入物。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料作為一種高性能的復(fù)合材料，已經(jīng)在

航空航天、汽車(chē)、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不

斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的發(fā)展前

景將更加美好。我們相信，在未來(lái)的發(fā)展中，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合

材料將成為推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的重要力量。

隨著科技的不斷發(fā)展，材料科學(xué)領(lǐng)域也在不斷創(chuàng)新與進(jìn)步。碳纖

維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用前景而

備受。本文將探討喋纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及其

未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料是一種由碳纖維與熱塑性樹(shù)

脂復(fù)合而成的新型材料。這種材料具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐

磨、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、體育器材、建筑

等領(lǐng)域。

制備碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的方法有多種，主要包括

以下幾種：

熔融共混法：將碳纖維與熱塑性樹(shù)脂在高溫下進(jìn)行熔融共混，制

備出碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。

溶液共混法：將碳纖維與熱塑性樹(shù)脂在溶劑中混合，制備出碳纖

維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的溶液，然后進(jìn)行紡絲或壓制。

拉伸流延法：將碳纖維與熱塑性樹(shù)脂在高溫下進(jìn)行拉伸流延，制

備出碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。

拉伸注射法：將碳纖維與熱塑性樹(shù)脂在高溫下進(jìn)行注射成型，制

備出碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究主要

集中在以下幾個(gè)方面：

材料的制備工藝：研究者們通過(guò)改變制備工藝參數(shù)，如溫度、壓

力、時(shí)間等，探究最佳的制備條件，以提高材料的性能。

材料的性能研究：研究者們通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂

基復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能、電性能等，并對(duì)其影響因素進(jìn)行深

入探討。

材料的應(yīng)用研究：研究者們將碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料

應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，如航空航天、汽車(chē)、體育器材、建筑等，探究其

應(yīng)用前景U

隨著科技的不斷進(jìn)步，碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料在未來(lái)

將會(huì)有更多的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。未來(lái)研究的主要方向包括：

提高材料的性能：通過(guò)優(yōu)化制備工藝和選用高性能的碳纖維和熱

塑性樹(shù)脂，提高材料的性能，以滿(mǎn)足更高要求的工程應(yīng)用。

降低成本：通過(guò)優(yōu)化制備工藝和采用更廉價(jià)的原材料，降低材料

的成本，使其更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

拓展應(yīng)用領(lǐng)域：通過(guò)不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用市場(chǎng)，推

動(dòng)碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的發(fā)展。

環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展：環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，采用環(huán)保型原材料

和生產(chǎn)工藝，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)綠色制造和可持續(xù)發(fā)展。

碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料作為一種具有優(yōu)異性能的新

型材料，在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。未來(lái)，需要進(jìn)一步深入

研究材料的制備工藝、性能、應(yīng)用等方面的問(wèn)題，以推動(dòng)其更好地應(yīng)

用于實(shí)際工程中，為社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以碳纖維或碳纖維織物為增強(qiáng)體，以樹(shù)脂、

陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體所形成的復(fù)合材料。在眾多

輕量化材料中具有較高的比強(qiáng)度、比剛性，輕量化效果十分明顯，在

航空航天、軍工產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用在車(chē)身結(jié)構(gòu)件中，減輕質(zhì)

量效果尤為明顯，比鋼鐵材料輕50%,比鋁材輕30%,因此得到國(guó)內(nèi)

外各大汽車(chē)公司的廣泛關(guān)注。

碳復(fù)合材料的特性主要表現(xiàn)在力學(xué)性能、熱物理性能和熱燒蝕性

能三個(gè)方面。

（1）密度低（7g/cm3左右）在承受高溫的結(jié)構(gòu)中，它是最輕的

材料；高溫的強(qiáng)度好，在2200C時(shí)可保留室溫強(qiáng)度；有較高的斷裂

韌性，抗疲勞性和抗蠕變性；而且拉伸強(qiáng)度和彈性模量高于一般的碳

素材料，纖維取向明顯影響材料的強(qiáng)度，在受力時(shí)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)

呈現(xiàn)“假塑性效應(yīng)”即在施加載荷初期呈線(xiàn)性關(guān)系，后來(lái)變成雙線(xiàn)性

關(guān)系，卸載后再加載，曲線(xiàn)仍為線(xiàn)性并可達(dá)到原來(lái)的載荷水平。

(2)熱膨脹系數(shù)小，比熱容高，能儲(chǔ)存大量的熱能，導(dǎo)熱率低,

抗熱沖擊和熱摩擦的性能優(yōu)異。

(3)耐熱燒蝕的性能好，熱燒蝕性能是在熱流作用下，由于熱

化學(xué)和機(jī)械過(guò)程中引起的固體材料表面損失的現(xiàn)象,通過(guò)表層材料的

燒蝕帶走大量的熱量,可阻止熱流入材料內(nèi)部，C-C材料是一種升華-

輻射型材料。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)異的力學(xué)性能和熱物理性能，使它廣泛

的應(yīng)用于核反應(yīng)堆，固體火箭噴管，熱交換器和制動(dòng)盤(pán)。而C-C材

料的熱燒蝕性能廣泛應(yīng)用于燒蝕型防熱材料。如：用于火箭的噴管喉

襯和遠(yuǎn)程導(dǎo)彈頭錐；在電子電器工業(yè)可作電極板，醫(yī)療中可作人工心

臟瓣膜閥體。

復(fù)合以后的這種材料在高溫下的強(qiáng)度好，高溫形態(tài)穩(wěn)定，升華溫

度高，燒蝕凹陷性，平行于增強(qiáng)方向具有高強(qiáng)度和高剛性，能抗裂紋

傳播，可減震，抗輻射。

碳復(fù)合材料的成型加工技術(shù)包括碳纖維的坯體制造、碳基體的制

造和基體與纖維的復(fù)合。

將碳纖維或碳纖維織物制成坯體，根據(jù)原料形式不同分為：長(zhǎng)纖

維纏繞法；碳?xì)侄汤w維模壓或噴射成型；石墨布疊層。目前，其坯體

研制以三向織物為主，三向織物以、Y、Z方向互成90。正交排列，

各方向的碳纖維在織物中保持準(zhǔn)直，因此能較好的發(fā)揮纖維的力學(xué)性

能。

制作復(fù)合材料的基體。碳-碳復(fù)合材料的基體有樹(shù)脂碳和熱解碳

兩種，樹(shù)脂碳是由合成樹(shù)脂或?yàn)r青經(jīng)碳化和石墨化獲得，熱解碳是由

燃類(lèi)氣體的氣相沉積獲得。

把來(lái)源于煤油和石油的熔融的瀝青在加熱加壓的條件下浸漬到

碳纖維坯體的結(jié)構(gòu)縫隙中，然后使其熱解，再反復(fù)浸漬-熱解直到復(fù)

合材料達(dá)到要求密度。

傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合材料有多種成型工藝，如噴射成型，手糊成型,

纏繞成型，以及模壓成型工藝等。這些工藝在車(chē)用碳纖維復(fù)合材料制

件中有許多應(yīng)用，如某跑車(chē)車(chē)身采用手糊成型工藝，重型卡車(chē)上頂部

采用噴射成型工藝，纖維纏繞成型工藝應(yīng)用于乘用車(chē)用高壓氣瓶，某

皮卡車(chē)廂采用模壓成型工藝。

傳統(tǒng)成型工藝一般生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工作環(huán)境差，對(duì)大

批量生產(chǎn)往往不太合適。目前，樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）成型工藝受到

越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

RTM工藝是復(fù)合材料較為常用的一種成型工藝，該工藝是將纖維

增強(qiáng)材料或預(yù)成坯鋪放到閉模模腔內(nèi)，用壓力將樹(shù)脂液注入模腔，浸

透纖維或預(yù)成型坯，然后固化，脫模成型制品。其工藝特點(diǎn)為，可以

制造兩面光潔的制品，成型效率高，適合于中等規(guī)模(年產(chǎn)量為2萬(wàn)

~5萬(wàn)件)的復(fù)合材料產(chǎn)品生產(chǎn)，為閉膜成型技術(shù)，不污染環(huán)境，增

強(qiáng)材料可根據(jù)產(chǎn)品受力情況任意鋪放。生產(chǎn)設(shè)備投資少，屬于低成本、

高性能復(fù)合材料成型技術(shù)，尤其適合于小批量、多品種汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、

覆蓋件的生產(chǎn)，國(guó)外已普遍應(yīng)用。

RTM技術(shù)在國(guó)際上有較快的發(fā)展，不斷派生出新的成型方法。其

中真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)和西曼復(fù)合材料公司樹(shù)脂浸漬模

塑法(SCRIMP)是目前用得較多的較典型的派生技術(shù)。該兩項(xiàng)成型技

術(shù)利用真空輔助加壓浸漬，使纖維增強(qiáng)材浸漬速度快、面積廣、更均

勻，產(chǎn)品質(zhì)量更趨穩(wěn)定并提高.真空輔助成型工藝(VARIVacuum

AssistedResinInfusion)是一種新型的低成本的復(fù)合材料大型制

件的成型技術(shù)，它是在真空狀態(tài)下排除纖維增強(qiáng)體中的氣體，利用樹(shù)

脂的流動(dòng)、滲透，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維及其織物的浸漬，并在室溫下進(jìn)行固化,

形成纖維增強(qiáng)材料的工藝方法。對(duì)于大尺寸、大厚度的復(fù)合材料制件,

VART是一種十分有效的成型方法；采用以往的復(fù)合材料成型工藝，

較大的模具選材困難，而且成本昂貴，制造十分困難，尤其是對(duì)大厚

度的汽車(chē)結(jié)構(gòu)件。VARI成型工藝和傳統(tǒng)工藝相比，不需要熱壓罐，

即可在室溫下固化，經(jīng)裁邊和表面噴涂等后處理可在較高的溫度下使

用；也比手糊方法制造的制件空隙率低、性能好、纖維含量高。

目前，碳-碳復(fù)合材料的發(fā)展立足于新工藝、新設(shè)備的研制與發(fā)

展，努力降低生產(chǎn)成本，而且努力的想辦法克服自身的缺點(diǎn)。如：碳

-碳復(fù)合材料的抗氧化的性能差，目前改善的方法有：浸漬樹(shù)脂時(shí)加

入抗氧化劑；氣相沉碳時(shí)加入其它抗氧化元素等等。碳-碳復(fù)合材料

還有其它固有的缺點(diǎn)，如在加工方面制造加工的周期太長(zhǎng)、可塑性太

差、成本太高，這些不足之處在以后的發(fā)展中將會(huì)得到解決。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料（CFRP）是一種以碳纖維為增強(qiáng)體，

以樹(shù)脂為基體的先進(jìn)復(fù)合材料。由于其具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕、

熱膨脹系數(shù)小等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。本文將主要探討

CFRP在以下幾個(gè)主要領(lǐng)