碳纖維增強材料

《碳纖維增強材料》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、新型復(fù)合材料及其應(yīng)用-----碳纖維增強材料前言：1、碳纖維的概述碳纖維是有機纖維在惰性氣氛中經(jīng)高溫炭化而成的纖維狀碳化合物，其含碳量在90％以上。由于碳纖維具有高的比強度和高模量而受到重視，被大量用于復(fù)合材料的增強材料。用碳纖維制成的的樹脂基復(fù)合材料比模量比鋼和鋁合金高5倍，比強度也高3倍以上除了優(yōu)異的力學(xué)性能外，碳纖維還兼具其他多種優(yōu)良性能，如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱傳導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)低、光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。?作為高性能纖維的一種，碳纖維既有碳材料的固有特性

2、，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強材料，已在軍事及民用工業(yè)的各個領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，從航天、航空、汽車、電子、機械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運動器材和休閑用品等。因此，碳纖維被認(rèn)為是高科技領(lǐng)域中新型工業(yè)材料的典型代表，為世人所矚目。碳纖維產(chǎn)業(yè)在發(fā)達(dá)國家支柱產(chǎn)業(yè)升級乃至國民經(jīng)濟整體素質(zhì)提高方面，發(fā)揮著非常重要的作用，對我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和傳統(tǒng)材料的更新?lián)Q代也有重要意義，對國防軍工和國民經(jīng)濟有舉足輕重的影響。1.1?國內(nèi)外碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1國外碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀目前世界各國發(fā)展的主要是PAN基

3、碳纖維和瀝青基碳纖維。國外PAN基碳纖維的研究與開發(fā)開始于20世紀(jì)60年代。起初，碳纖維主要用于軍工和宇航，經(jīng)過40余年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在向工業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域擴大〔1〕。世界PAN基碳纖維生產(chǎn)廠商主要有日本Toray（東麗）、Toho（東邦）、MitsubishiRayon（三菱人造絲），美國Hexcel（赫克塞爾）、Amoco（阿莫科）和Zoltek（卓爾泰克）等公司。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本MitsubishiChem（三菱化學(xué)）、Kureha（吳羽）、Donac與美國Amoco公司1.1.2?我

4、國碳纖維發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)70年代中期開始，經(jīng)過30余年的發(fā)展，我國碳纖維從無到有，從研制到生產(chǎn)取得了一定的成績，但總的來說，我國碳纖維的研制與生產(chǎn)水平還較低，目前僅相當(dāng)于國外20世紀(jì)70年代中、末期水平〔4〕。1.2碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域?碳纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，表2.1是幾種碳纖維材料的性能比較〔8〕。主要用于制備先進(jìn)復(fù)合材料（ACM），已廣泛應(yīng)用于宇航、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運輸領(lǐng)域及土木建筑領(lǐng)域。鑒于近年軍事工業(yè)上應(yīng)用的萎縮、碳纖維

5、成本的降低及先進(jìn)低成本制造復(fù)合材料技術(shù)的突破，碳纖維復(fù)合材料在建筑、工業(yè)、交通運輸?shù)确矫娴膽?yīng)用便成為研究開發(fā)的熱點，并取得了一定的突破性進(jìn)展〔9－11〕。1.3、碳纖維的發(fā)展趨勢自從碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)以來，世界各國都特別重視其應(yīng)用開發(fā)。隨著價格不斷降低，其應(yīng)用范圍從滿足性能要求高的航空、航天領(lǐng)域逐步向文體和民用領(lǐng)域推廣。目前，碳纖維的市場需求在北美、歐洲、亞洲基本上呈鼎足之勢。按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，世界聚丙烯腈基碳纖維主要用于宇航、文體休閑用品、其它工業(yè)等領(lǐng)域，其總體消費比例分別為25.2%，31.4%，43.4%，不同地

6、區(qū)各有側(cè)重。由于碳纖維復(fù)合材料具有高比強度、設(shè)計性好、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好、抗疲勞斷裂性好和可大面積整體成型，以及特殊的電磁性能和吸波隱身的特點，目前已大量用于生產(chǎn)軍用、民用飛機以及戰(zhàn)略導(dǎo)彈和運載火箭上，需求量穩(wěn)步增長。文體用品方面，目前碳纖維材料已從釣魚竿和高爾夫球棒推廣到網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、冰雪運動器材、水上運動器材等方面，需求量穩(wěn)步、較快增長。其中高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復(fù)合材料的三大支柱產(chǎn)品，約占該類產(chǎn)品的80%?！∮纱丝梢姡?dāng)前世界碳纖維有如下發(fā)展趨勢：產(chǎn)品性能趨向于高性能化；價

7、格將大幅度降低；航天航空和文體用品領(lǐng)域用量穩(wěn)定增加，民用工業(yè)用量增幅較大，已超過前兩者。特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，其價格將不斷降低，民用工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。?2、碳纖維的分類與制造2.1碳纖維的分類碳纖維一般可根據(jù)原絲的類型、碳纖維的性能和用途進(jìn)行分類。2.1.1根據(jù)碳纖維的性能分類：A、高性能碳纖維，高性能碳纖維中有高強度碳纖維（HS）、超高強度碳纖維（VHS）、高模量碳纖維（HM）和中高模量碳纖維（MM）等。B、低性能碳纖維，這類碳纖維有耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石墨纖維等。2.1.2根據(jù)原

8、絲類型分類：A、聚丙烯腈基碳纖維；B、黏膠基碳纖維；C、瀝青基碳纖維；D、木質(zhì)素纖維基碳纖維；2.1.3根據(jù)碳纖維的功能分類:A、受力結(jié)構(gòu)用碳纖維；E、潤滑用碳纖維B、耐焰碳纖維；F、耐磨用碳纖維C、活性碳纖維；D、導(dǎo)電用碳纖維2.2碳纖維的制造碳纖維是一種以碳為主要成分的纖維狀材料。它的制造方法可分為兩種類型：氣相法和有機纖維碳化法。2.2.1氣相法是在惰