碳纤维论文.pdf

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1、碳纤维内容提要：从各个方面介绍碳纤维，了解碳纤维的起源，概念，种类，生产，用途，现状，需求与前景关键词：碳纤维一 碳纤维的起源碳化碳纤维起源1860 年，英国人瑟夫.斯旺将细长的绳状纸片碳化制取碳丝，以此制造电灯的灯丝。大约在1879 年，他把绵纱浸入硫酸，焦干处理，然后或将硝化纤维素从膜孔中挤出成丝，然后再碳化，并获得专利。二:碳纤维概念碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，是一种非金属材料，它不属于有机纤维范畴，但从成型方它又不同于一般的无机纤维。碳纤维性能优良，拉伸断裂强度和初始模量可达到24Gpa 和 400700Gpa，质强而且很轻，并有耐高温，耐腐蚀，耐辐射的功

2、能，纤维中含碳量在95%左右的碳纤维和含碳量在99%左右的石墨纤维。三 碳纤维的种类1.根据制备碳纤维的原料：以粘胶纤维为原料的粘胶基碳纤维以聚丙烯腈纤维为原料的聚丙烯腈基碳纤维以沥青为原料的沥青基碳纤维以酚醛树脂为原料的酚醛树脂基碳纤维等2.根据碳纤维的力学表现：通用碳纤维高性能碳纤维3.根据碳纤维的功能：受力结构碳纤维活性碳纤维导电碳纤维耐燃烧纤维耐磨碳纤维四 碳纤维的生产粘胶基碳纤维的生产：生产时，首先将纤维置于氮等惰性气体中作低温（400 度以下）稳定化处理，进行预氧化，然后在400 度以上实现芳构化过程，获得石墨类结构，从而形成碳纤维和石墨纤维。这样一个热解碳化处理过程在五个温度阶段

3、中实现。第一阶段：升温至50150 度，排出吸附水。第二阶段：升温至150240 度，纤维素环上的羟基将以水的形式脱除。第三阶段：升温至240400 度，键断裂，生成水，CO,CO2，达到400 度时，整个纤维素破坏，生成C4残链。第四阶段：升温至 400700 度，通过芳构生成碳的六元环，同时释放氢和甲烷等，再升温至 9001600 度，即生成石墨类结构，形成碳纤维。第五阶段：温度再升高，即形成沿纤维轴取向的乱层石墨成片，在温度升高至22002800 度的石墨化温度时，形成石墨纤维，利用塑性拉伸，可使纤维的拉伸强度和初始模量大幅度提高。五 碳纤维的用途1.宇航工业：用作导弹防热及结构材料如火

4、箭喷管.鼻钳.大面积防热层，卫星构架.天线.太阳能翼片底板.卫星-火箭结合部件，航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件，哈勃太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。2.航空工业：用作主承力结构材料，如主翼.尾翼和机体，次承力构件，如方向舵.起落架.副翼.扰流板发动机舱整流罩及座板等。3.交通运输：用作汽车传动轴.板簧.构架和刹车片等制件，船舶和海洋工程用作制造渔船.鱼雷快艇和巡逻艇，以及赛艇的诡杆.航杆.壳体及划水桨，海底电缆.潜水艇.雷达罩.深海油田的升降器和管道。4.运动器材：用作网球.羽毛球.和壁球拍及杆.棒球.曲棍球和高尔夫球杆.自行车.赛艇.钓竿.滑雪板.雪车等。5.土木建筑：幕

5、墙.间隔壁板.桥梁.架设跨度大的管线.海水和水轮结构的增强筋.地板.窗框.管道.海洋浮杆.面状发热嵌板.抗震救灾用补强材料。六 国产碳纤维现状我国碳纤维虽然经过一段时期的发展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距和一些在竞争中不容忽视的问题，主要有以下几个方面。1.原丝质量与国外比还存在差距。由于国产碳原丝在生产过程中大部分采用民用腈纶原液，杂质含量高，造成碳纤维性能不稳定，离散系数较大。2.大部分国产碳纤维未经过表面处理，制成复合材料层间强度偏低。没有经过表面处理的国产碳纤维不能用作高性能要求的先进复合材料增强体，也不能在航空.航天等国防部门中用来制作主承力构件。3.尚未形成经济规模，价格太

6、贵，成本组成不合理。国产碳纤维目前售价太高，远比国外进口的价格高。我国碳纤维之所以价格昂贵，有很多不合理因素，如成本结构存在问题，据我国某碳纤维厂对碳纤维成本的粗略统计，原丝费用约占碳纤维成本的 25%，而车间费用约占碳纤维成本的44%。4.品种单一.规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口。根据不同行业.不同产品.不同零部件的不同需求，希望能采用不同类别.不同品种.不同规格的碳纤维，还希望有供能使用的碳纤维，而我国目前碳纤维只有相当于T-300 的一个品种。七 碳纤维的需求2005-2008 年间，全球用于碳纤维产能的投资已突破8 亿美元。生产能力从3.3 万 t上升到 5.7 万 t，预计 2015 年有望达到7011 万 t。从 1997-2007 年，全球碳纤维产业以每年 8%的速率增长。目前，碳纤维国际市场的价格已在2004 年的基础上上升了65%左右。结语：碳纤维是二十一世纪的新兴功能性纤维，其独特的纤维特性和先进的生产方法决定了碳纤维产品在航空航天.土木建筑.体育医疗.电子通信等领域有着广阔的应用前景。我们应不断开发新产品，提高我国碳纤维产品在国际上的竞争力。相信在不久的将来，碳纤维将会走进寻常百姓家，也将在各个领域发挥更大的作用。