碳纤维／环氧复合材料典型铺层的 热膨胀系数及其复合计算

       碳纤维／环氧复合材料由于性能优越，在飞机上得到越来越多的应用，预计将成为飞机的主要材料之一。

       材料的热膨胀系数是材料应用和产品设计的重要性能数据，在确定模具大小，保证制件尺寸、防止翘曲、变形和减少内应力等方面，都是必不可少的。碳纤维复合材料是由两种膨胀系数不同的材料复合而成，其热膨胀系数是随复合材料的铺层结构和使用方向而变的一系列数值。由于碳纤维和树脂的热膨胀系数相差甚大，致使单向复合材料具有高度的各向异性，加上碳纤维的负膨胀行为，再经铺层复合，则其热膨胀行为相当复杂，可引起尺寸的复杂变化及翘曲变形，如果与金属部件结合或在与总体工程装配中，则问题就更加严重。

       碳纤维复合材料的特点之一，与其它复合材料一样，即性能的可复合性，除力学性能可复合外，热膨胀性能也可以按照制件的要求进行复合。在复合材料膨胀系数与铺层结构及有关力学陛能等相关性研究的基础上，提出复合材料膨胀系数复合的数学公式，用它计算各种铺层的碳纤维复合材料各方向的膨胀系数，进而进行材料设计，并生产符合一定膨胀系数f包括零膨胀）的材料。零膨胀或近零膨胀碳纤维复合材料，在要求尺寸稳定性高或要求热应力平衡的部件上已经得到应用，如飞机的活动翼面、光学仪器部件、人造卫星本体，微波天线反射盘和太阳能电池基板等。

    碳纤维复合材料热膨胀系数的测定和复合计算，常见于报道，但由于各研究目的不同和研究条件所限，材料品种和质量并不一样，铺层结构也只有二、三种，因此这些数据不能为我国当前碳纤维复合材料研究、生产及飞机设计直接应用。为了更好地结合实际应用，本课题采用当前我国飞机上使用的碳纤维复合材料所用的树脂、纤维和工艺，制成各典型铺层的层压板，精确测定各温度下的各种不同铺层结构的不同方向的热膨胀系数，为材料研究和飞机设计提供一整套可靠的实测数据。同时利用这套实测数据，对热膨胀复合公式进行验算，评定其可应用性的程度，以便使这些公式在材料研究、生产和飞机部件设计中得到应用。

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