碳纤维复合材料.doc

别具特色的碳纤维复合材料如何提高复合材料的强度一直是科技工作者努力探索的方向。在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的（见图6?/FONT1）。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力研究，碳纤维的性能也不断完善和提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。同样，飞机重量的减轻也可以节省油耗，提高航速。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件棗喷嘴以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。摘自绚丽多彩的新材料院士寄望碳纤维复合材料有突破相关专题： 表面活性剂 时间：2010-09-29 11:04 来源： 中国表面活性剂网 高端材料尚难撑起大飞机项目上周在华东理工大学华昌聚和物公司举办的2010材料科学与防腐蚀技术国际论坛上，中国工程院院士杜善义提出，中国大飞机项目已经起步，其中复合材料用量至少须占25%。国内亟待加快开发碳维纤复合材料应用设计和技术解决方案，让高端碳纤维上规模、提性能、降成本。现任中国复合材料学会理事长、中国商用飞机有限公司专家咨询组成员的杜善义建议，集中科技优势力量组织攻关T800级碳纤，合理部署高端碳纤原材料的国内布点，防止低水平碳纤厂一哄而上；鼓励复合材料设计创新，做到合理高效设计；在部件制造方面，适当购买国外先进设备，攻克关键设备国产化，与下游单位合作，积极开发新工艺、新应用。记者了解到，中国复合材料集团、中复神鹰等一批企业已与科研单位、高校开展合作，在高端碳纤的自主研发和产业化上取得了突破。杜善义分析说，我国复合材料在航空领域的应用已有一定基础，拥有原材料的优势。在树脂基复合材料的两大原材料树脂和纤维中，树脂方面我国与国外差距不大，而碳纤维研发尚存四大难题。第一，高端碳纤维产业落后。国产碳纤维目前规模虽达万吨级，产量也有数千吨，但只能用在飞机非承力件和次承力件上，而飞机最关键的承力件所需T800级碳纤还停留在实验室数十千克的水平，大飞机应用尚需依靠进口。国内碳纤维应用技术和解决方案与国外相比差距较大，比如碳纤维设计载荷的合理取法落后，不能体现碳纤维特性。第二，碳纤维复合材料部件的一体化成型技术相对落后，难以制造大尺寸部件。第三，我国自动化工艺如自动铺丝技术等更为落后。第四，国产高性能碳纤维因设备靠进口、生产效率低而价格高企。他强调，国内化工企业要以配套大飞机为突破口，合力解决这四大问题。他告诉记者：“大型飞机突出强调安全性、经济性、舒适性和环保性，这决定了对复合材料需求的迫切性和必然性。复合材料技术已跃升大飞机项目三大关键技术之一。” 他认为，复合材料的意义不仅体现在大飞机项目，而是通过复合材料在航空领域的应用，推动其在汽车等其他领域应用水平的全面提高。 中国投资咨询网讯 今年，我国碳纤维实现了国产化和产业化，碳纤维复合材料原材料的解决带来的是碳纤维市场已有局面的打破，也预示着我国碳纤维复合材料的应用进程将加速。 o 2010-2015年中国碳纤维市场投资分析及前景预测报告 o 更多相关研究报告 以碳纤维等为代表的新材料是21世纪发展最快的产业之一。碳纤维复合材料是先进复合材料的典型代表，作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料，在军机、导弹、运载火箭、卫星飞行器以及风力发电叶片上发挥着不可替代的作用。现在，复合材料的用量已成为衡量飞行器先进性的重要指标之一，机体结构复合材料化程度也已成为飞机先进性的重要标志。在“神七”飞船所用材料中，复合材料的比例已达到65%左右。前不久针对我国启动的大飞机攻关项目，专家明确提出，复合材料用量应至少达到25%。 但由于技术原因，碳纤维这种重要增强材料的工业化进展一直不快，碳纤维生产一直由美国和日本两国主导，我国碳纤维原料及其复合材料一直严重依赖进口。碳纤维材料长期受制于人，进口价格令人难以接受，原料基础差已成为碳纤维复合材料应用推广的最大“瓶颈”。碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维，具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等特性。除土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生领域外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施建设等领域也有着广泛的应用。虽然当前世界经济发展面临重重挑战，但全球范围内的碳纤维需求仍在升温。汽车、风力涡轮叶片及压力容器等碳纤维新市场正在兴起。东丽、东邦、三菱丽阳、西格里等主要碳纤维生产商纷纷加大投资力度，加速市场规模的进一步扩张。中国碳纤维研制工作始于20世纪60年代，已经取得重大进展。随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维产能严重不足，而且主要是低性能产品，没有形成规模化产业。现阶段，我国碳纤维用量的90%以上靠进口，价格非常昂贵，自主发展碳纤维产业已经成为工业经济发展的迫切要求。为全面掌握碳纤维核心技术，国内企业注重自主创新，某些关键设备的研发已取得突破性成果，而且原材料供应充足。我国碳纤维产业技术特点十分明显，技术多元化越来越受到重视。在我国完整的碳纤维研发链条下的碳纤维工程化研发呈现出快速发展势头，吉林、山东、江苏、山西、辽宁、安徽是我国传统的碳纤维工程化研发的基地。近年来，河北、上海、陕西逐步成为新兴的碳纤维工程化研发基地，同时，北京、广东、浙江、江苏等地也积极参与碳纤维的产业化建设。随着应用研究的进一步深入，未来碳纤维产品将趋向于高性能化，民用、工业用量将继续保持大幅增长趋势。国际碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长也给中国碳纤维行业提供了难得的发展机遇。我国碳纤维产业链日趋完善，生产企业投资热情高涨，技术研发成果接连涌现。受益于庞大的内需市场，我国碳纤维复合材料市场潜力巨大，碳纤维产业发展前景广阔。中投顾问发布的2010-2015年中国碳纤维市场投资分析及前景预测报告共八章。首先介绍了碳纤维的定义、分类、应用领域及生产工艺等方面内容，接着全面阐述了国际碳纤维产业的总体概况及中国碳纤维产业所面临的发展环境。然后深入透析了中国碳纤维行业的发展状况，并对碳纤维在复合导线、建筑加固、飞机制造等领域的应用状况进行介绍。最后，报告分析了中国碳纤维行业的投资机遇、投资热点及投资风险，对碳纤维行业的发展前景做出科学预测。您若想对中国碳纤维行业有个系统的了解或者想投资碳纤维相关行业，本报告是您不可或缺的重要工具。碳纤维复合材料知识普及时间:2009-12-29 09:34来源: 作者:河北圣佳电子科技 点击: 113次碳纤维，又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约5至8微米。碳纤维，又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约5至8微米。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，是由一层层以六角型排列的碳原子所构成。两者差别在于层与层之间的连结。石墨是晶体结构，它的层间连结松散，而碳纤维不是晶体结构，层间连结是不规则的。这样便防止滑移增强物质强度。一般碳纤维的密度为1750 kg/m3。导热能力高但传电能力低，碳纤维的比热容量亦比铜低。当加热的时候，碳纤维会变厚而短。虽然碳纤维的天然颜色是黑色，但科学家可以把它染上不同的颜色。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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79倍，抗拉弹性模量为2300043000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。碳纤维是含碳量高于90的无机高分子纤维 。其中含碳量高于99的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。目前，碳纤维复合材料除了在航空、战略武器、高新技术方面的应用外，逐渐渗透到民用领域当中，交通运输、新能源取暖、土木建筑和基础设施、医疗器械和易用器材、服装业、环保业。参考资料：/概况在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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79倍，抗拉弹性模量为2300043000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。 编辑本段用途碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高