碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP)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，簡(jiǎn)稱(chēng)碳纖維復(fù)合材料。

它是一種高性能纖維，在建筑結(jié)構(gòu)中的使用量最大。在保護(hù)氣氛中的有機(jī)纖維在施加張力牽引下，經(jīng)過(guò)熱處理碳化而成為含碳量90%以上的碳纖維。

CFRP材料最初應(yīng)用于航天工業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)70年代已漸趨成熟。20世紀(jì)60年代，美國(guó)開(kāi)始把CFRP材料應(yīng)用在土木工程領(lǐng)域。但當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，而且試驗(yàn)費(fèi)用很高，所以FRP材料在土木領(lǐng)域的研究與應(yīng)用在其后二十多年里沒(méi)有很大的進(jìn)展。直到80年代，歐美、日本和澳大利亞等國(guó)才開(kāi)始重視相關(guān)應(yīng)用研究。

一、CFRP的種類(lèi)和構(gòu)造

0CFRP是如何制造出來(lái)的呢?首先碳纖維只是一種纖維，只用它是無(wú)法制造出部件的。所以，碳纖維要和樹(shù)脂一起制成復(fù)合材料使用。根據(jù)所用樹(shù)脂種類(lèi)的不同，以及碳纖維品種、狀態(tài)(可制成織物及短纖維等多種形態(tài))的不同，制成的CFRP的特性也大不相同。單是主要的中間基材(成型材料)就有4種。這些中間基材及成型材料對(duì)應(yīng)的主要成型方法也不一樣。

二、熱硬化性和熱可塑性

CFRP使用的樹(shù)脂有兩大類(lèi)，一類(lèi)是環(huán)氧樹(shù)脂及非飽和聚酯樹(shù)脂等熱硬化性樹(shù)脂，另一類(lèi)是聚丙烯(PP)及聚酰胺(PA)等熱可塑性樹(shù)脂。這兩種樹(shù)脂的特性有所不同。

熱硬化性樹(shù)脂在碳纖維浸漬階段為低粘度單體，之后，隨著成型時(shí)的加熱發(fā)生聚合，變成聚合物(樹(shù)脂)。由于聚合反應(yīng)需要一定時(shí)間，因此成型周期通常較長(zhǎng)。利用制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)件時(shí)使用的熱壓罐法，加熱時(shí)間達(dá)到2～4小時(shí)。

而使用熱可塑性樹(shù)脂時(shí)，其成型與通常的樹(shù)脂成型基本相同，小尺寸部件的射出成型可在10秒內(nèi)完成，即便是非常大的大尺寸部件的沖壓成型，也可在1分～數(shù)分內(nèi)完成。由于加工效率高，因此可輕松實(shí)現(xiàn)低成本化。不過(guò)，與熱硬化樹(shù)脂相比，熱可塑性樹(shù)脂的熔融粘度較高，所以加工大尺寸部件時(shí)必須使用大型沖壓機(jī)。