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碳纖維強化聚合物

指数 碳纖維強化聚合物

碳纖維強化聚合物(carbon fiber reinforced polymer),又稱為碳纖維強化塑膠(carbon fiber reinforced plastic)或碳纖維強化熱塑性塑膠(carbon fiber reinforced thermoplastic)等,常簡稱為CFRP、CRP、CFRTP等,是一種含有碳纖維的纖維強化塑膠,其特性為強度高且質量輕。雖然碳纖維強化聚合物製造昂貴,但被廣泛應用於比強度和剛性需求高的產業中,如航空、汽車、土木工程、運動器材等等。 聚合物基質一般採用熱固性樹脂(如環氧樹脂),但其他熱固性或熱塑性聚合物(如聚酯、乙烯基酯或尼龍等)也時常被應用。除碳纖維外,複合材料可能含有芳香聚醯胺(如克維拉或等)、金屬鋁、(UHMWPE)或玻璃纖維等。碳纖維強化聚合物的最終產品性能可能受到基質(樹脂)添加劑種類的影響,而最常見的添加劑是二氧化矽,而其他種類的添加劑如橡膠或碳納米管等也被使用。.

18 关系: 各向同性复合材料尼龙乙烯基酯二氧化硅弹性模量克維拉剛度环氧树脂玻璃纖維碳纳米管碳纖維纖維強化塑膠热固性聚合物熱塑性聚酯應力

各向同性

各向同性(isotropy),是指物体的物理、化学性质不因方向而有所变化的特性,即在不同方向所测得的性能数值是相同的。如所有的气体、液体以及非晶体都显示各向同性,多晶体(如一块金属)表现的各向同性称为“准各向同性”。各向同性的物体称为均质体。 各向同性与各向异性相反。确切的定义,取决于其使用的领域。各向同性的辐射在各向上有等同的强度,并且一个各向同性的场对测试粒子有同样的作用,无论其初始方向。以波动的传播为例,波源于此种介质中,发出的振动,于各个方向,速度一致。也即,波的传播速度与方向无关。于此种介质中,波面与波线正交。.

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复合材料

复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料,各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料由连续相的基体和被基体包容的相增强体组成。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、、金属丝和硬质细粒等。同时60年代,为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要,先后研制和生产了以高性能纤维(如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等)为增强材料的复合材料,其比强度大于4×106cm,比模量大于4×108 cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别,这种复合材料被称为先进复合材料(新材料,Advanced Composites Material,简称ACM)。ACM具有质量轻,较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、减震、耐高(低)温等特点,已被大量运用到航空航天、医学、机械、建筑等行业。.

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尼龙

尼龙(Nylon),又譯為奈綸、耐綸、尼綸、尼龍、锦纶,是一种人造聚合物、纖維、塑料,發明於1935年2月28日,發明者為美国威尔明顿杜邦公司的华莱士·卡罗瑟斯。1938年Nylon正式上市,最早的Nylon制品是Nylon製的牙刷刷子,於1938年2月24日开始出售;妇女穿的尼龙袜,於1940年5月15日上市。Nylon纤维是多种人造纤维的原材料,而硬的Nylon也被用在建筑业中。.

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乙烯基酯

乙烯基酯,又稱乙烯基酯,是由環氧樹脂與不飽和一元羧酸的酯化反應產生的樹脂。然後反應產物會在可進行反應的溶劑中溶解以反應,例如苯乙烯,其含量約占總重量的35 - 45%。 它可以用來代替樹酯或是環氧樹酯的基質的合成材料,其優點在於它的體積介於聚酯和環氧樹脂之間的中間。乙烯基酯樹脂的粘度(約200cps)相較於聚酯(約500cps)和環氧樹脂(約900cps)來說是比較低的。 在自製飛機上,Glasair和Glastar的飛機藉由乙烯基酯增強玻璃纖維結構進行了廣泛的使用。根據BS4994,此樹酯也可以應用在海洋產業上,由於其高耐腐蝕性和高防水能力。乙烯基酯脂廣泛用於製造玻璃鋼儲罐和容器。.

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二氧化硅

二氧化硅(化学式:Si)是一种酸性氧化物,对应水化物为硅酸(Si)。它从古代以来就已经被人们知道了。 二氧化硅在自然界中最常见的是石英,以及在各种生物体中。在世界的许多地方,二氧化硅是砂的主要成分。二氧化硅是最复杂和最丰富的材料家族之一,既是多种矿物质,又是被合成生产的。 值得注意的实例包括熔融石英,水晶,热解法二氧化硅,硅胶和气凝胶。 应用范围从结构材料到微电子学到食品工业中使用的成分。 二氧化硅是硅最重要的化合物,约占地壳质量的12%。自然界中二氧化硅的存在形态有结晶形和无定形两大类,统称硅石。.

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弹性模量

弹性模量是指当有力施加於物体或物质时,其弹性变形(非永久变形)趋势的数学描述。物体的弹性模量定义为弹性变形区的应力-应变曲线的斜率: 其中λ是弹性模量,stress(应力)是引起受力区变形的力,strain(应变)是应力引起的变化与物体原始状态的比。应力的单位是帕斯卡,应变是没有单位的(无量纲的),那么λ的单位也是帕斯卡。 均质各向同性(固体)材料的(线性)弹性性质可以由4种弹性模量中的任意2种弹性模量完全描述清楚,如下表所示。 无粘性流体不能支撑剪切应力,因此剪切模量总为零,从而杨氏模量也总为零。.

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克維拉

克維拉(Kevlar,或譯--、凱夫勒、凱庫勒、功夫龍等),是美國杜邦公司於1965年推出的一种芳香聚醯胺類合成纖維,发明者为波兰裔美国化学家斯蒂芬妮·克沃勒克。 克維拉极佳的抗拉性能,其強度為同等質量鋼鐵的五倍,而密度僅為鋼鐵約五分之一(克維拉密度為每立方厘米1.44克;鋼鐵密度為每立方厘米7.859克),因此在70年代初被用于替代赛车轮胎中的部分钢材。此外,克維拉不會像鋼鐵般與氧氣和水產生鏽蝕。现在克維拉广泛用於船體、飛機、自行車輪胎、軍用頭盔、防彈背心等。其主要弱點為於鹼性環境下,或暴露於氯及紫外線之下時,將漸漸被分解。 克維拉化学名为“聚對苯二甲酰對苯二胺”,其化學式的重複單位為 --,接在苯環上的醯胺基團為對位結構(間位結構為另一項商標名為Nomex的產品,防火纖維)。荷蘭化工業者阿克蘇(AKZO)於1970年代研發出一種具有類似化學結構的合成纖維(Twaron),於1986年投入商業生產。阿克蘇後經幾次企業購併與分割後,成為今日的(Teijin Aramid)。.

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剛度

刚度是材料力学中的名詞,定义为施力与所產生變形量的比值,表示材料或结构抵抗变形的能力。公式記為 其中k 表示剛度,P 表示施力,\delta 表示變形量(变形后的长度减去原长或原长减去变形后的长度)。在国际单位制中,刚度的单位为牛頓/米。一般應用於虎克定律作系統的振動分析。.

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环氧树脂

环氧树脂(Epoxy),又稱作人工樹脂、人造樹脂、樹脂膠等。是一类重要的热固性塑料,广泛用于黏著劑,涂料等用途。人造樹脂(Epoxy resins/Epoxy/Polyepoxide)是熱固性環氧化物聚合物。 大多數人造樹脂由環氧氯丙烷(epichlorohydrin,C3H5ClO)和双酚A(酚甲烷,bisphenol-A,C15H16O2)產生化學反應而成。.

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玻璃纖維

#重定向 玻璃钢.

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碳纳米管

--(Carbon Nanotube,縮寫CNT)是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子,管上每个碳原子采取sp2杂化,相互之间以碳-碳σ键结合起来,形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同,分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细,只有纳米尺度,几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽,碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。 碳纳米管不总是笔直的,局部可能出现凹凸的现象,这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出现五边形的地方,由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端,就形成碳纳米管的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。.

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碳纖維

没有描述。

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纖維強化塑膠

纖維強化塑膠(fibre-reinforced plastic;FRP),或稱纖維強化聚合物(fibre-reinforced polymer),是以纖維強化聚合物基質的複合材料。常見的纖維種類有玻璃纖維、碳纖維、芳香聚醯胺及等。此外,也有以紙、木材、石棉等材料作為纖維。而常見的聚合物基質有環氧樹脂、乙烯基酯、熱固性聚酯或酚醛樹脂等。 纖維強化塑膠被廣泛應用於航空、汽車、船舶和建築等工業領域,也被應用於防彈裝甲中。.

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热固性聚合物

热固性聚合物(Thermosetting polymer,又称为热固性塑料)指具有加热后固化并且不可溶解,不融化特性的塑料,例如环氧树脂。这种塑料只可以成型一次。.

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熱塑性

#重定向 热塑性塑料.

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聚酯

聚酯(Polyester)是一类在其主链上含有酯基官能团的聚合物。虽然聚酯有很多种,但是“聚酯”一詞通常指的是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。 聚酯纤维是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子聚合物,品种繁多、因原料或中间体而异,共同特点是大分子的各个链节间都是以酯基“-COO-”相联,所以通称为聚酯。以聚酯为基础制得的纤维称为涤纶,是三大合成纤维(涤纶、锦纶、腈纶)之一,也是最主要的合成纤维。 聚酯包括天然化合物如植物角质,以及通过逐步缩合而成的合成纤维如聚碳酸酯和聚(对苯二甲酸/己二酸)乙二酯。天然聚酯和一部分合成聚酯是可以生物降解的,但绝大部分合成聚酯都不会被生物降解。 聚酯可分为「饱和聚酯」和「不饱和聚酯」两大类,通常由一种或多种多元酸(酸酐)与一种或多种多元醇经缩聚制得。 编织后的聚酯或聚酯纤维被广泛利用与日常生活,如:衣裤,帽子,外套,床单,电脑滑鼠垫板等等。工业用聚酯材料如一些纤维,绳子绳索还用于传送带的面料,安全带,涂层织物等等。聚酯纤维还用于家具填充物,填充枕头等等。聚酯纤维不容易被污渍染色,唯一可用于改变聚酯纤维的布料的染料就只有 。 聚酯纤维常与其他天然纤维合作布料以表现出两者的特征,棉-聚酯的衣物有强韧,防皱防撕裂,不易缩水等胜于棉质衣物的优点。聚酯纤维透气性较差,使湿气不易散发。聚酯纤维轻触火焰就能点燃,纤维发生卷缩并熔融成珠状滴落,燃烧时产生黑烟且具有芳香味,灰烬为黑色硬颗粒物。.

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铝(Aluminium 或Aluminum)是一种化学元素,属于硼族元素,其化学符号是Al,原子序数是13。相对密度是2.70。铝是一种较软的易延展的银白色金属。铝是地壳中第三大丰度的元素(仅次于氧和硅),也是丰度最大的金属,在地球的固体表面中占约8%的质量。铝金属在化学上很活跃,因此除非在极其特殊的氧化还原环境下,一般很难找到游离态的金属铝。被发现的含铝的矿物超过270种。最主要的含铝矿石是铝土矿。 铝因其低密度以及耐腐蚀(由于钝化现象)而受到重视。利用铝及其合金制造的结构件不仅在航空航太工业中非常关键,在交通和结构材料领域也非常重要。最有用的铝化合物是它的氧化物和硫酸盐。 尽管铝在环境中广泛存在,但没有一种已知生命形式需要铝元素。.

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應力

在連續介質力學裏,應力定義為單位面積所承受的作用力。以公式標記為 其中,\sigma \,表示應力;\Delta F_j\,表示在j\,方向的施力;\Delta A_i \,表示在i\,方向的受力面積。 假設受力表面與施力方向正交,則稱此應力分量為正向應力(normal stress),如圖1所示的\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,,都是正向應力;假設受力表面與施力方向互相平行,則稱此應力分量為剪應力(shear stress),如圖1所示的\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,,都是剪應力。 「內應力」指組成單一構造的不同材質之間,因材質差異而導致變形方式的不同,繼而產生的各種應力。 採用國際單位制,应力的单位是帕斯卡(Pa),等於1牛頓/平方公尺。應力的單位與壓強的單位相同。兩種物理量都是單位面積的作用力的度量。通常,在工程學裏,使用的單位是megapascals(MPa)或gigapascals(GPa)。採用英制單位,應力的單位是磅力/平方英寸(psi)或千磅力/平方英寸(ksi)。.

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