碳纤维简介学习.pptx

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1、碳纤维新型复合材料新材料之王黑色黄金第1页/共16页碳纤维发展历史发展历史优良性质优良性质应用实例应用实例发展现状发展现状第2页/共16页历史发展历史发展碳纤维碳纤维的起源可以追溯的起源可以追溯到到18601860年年，英国人，英国人瑟夫瑟夫斯斯旺旺最早最早用碳丝制造电灯泡用碳丝制造电灯泡的灯丝，后来美国人爱迪的灯丝，后来美国人爱迪生做出了实用的白炽灯碳生做出了实用的白炽灯碳灯丝，不过由于灯丝，不过由于19101910年库年库里奇发明了拉制钨丝的方里奇发明了拉制钨丝的方法，灯丝全面改用钨丝，法，灯丝全面改用钨丝，早期的碳纤维研究被打入早期的碳纤维研究被打入冷宫冷宫。2020世纪世纪5050年代

2、以后，为了年代以后，为了解决导弹喷管和弹头耐高解决导弹喷管和弹头耐高温和耐腐蚀等问题，美国温和耐腐蚀等问题，美国研制出粘胶基碳纤维，碳研制出粘胶基碳纤维，碳纤维又一次登上历史舞台。纤维又一次登上历史舞台。19591959年日本人近藤昭男发年日本人近藤昭男发明了聚丙烯腈明了聚丙烯腈(PAN)(PAN)基碳基碳纤维，聚丙烯腈基碳纤维纤维，聚丙烯腈基碳纤维具有生产工艺成熟、综合具有生产工艺成熟、综合性能好和生产成本较低的性能好和生产成本较低的优势，产量占碳纤维全部优势，产量占碳纤维全部产量的产量的90%90%以上。今天我以上。今天我们说的碳纤维，不指明的们说的碳纤维，不指明的话一般指话一般指PANP

3、AN基碳纤维。基碳纤维。第3页/共16页成分结构 碳纤维碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化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。碳纤维的微处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造观结构类似人造石墨石墨(C(C原子层状排列原子层状排列)，是乱层石墨结构。是乱层石墨结构。eg.杨氏模量：杨氏模量的大小主要与乱层石墨微晶沿纤维轴的取向有关，在纤维中的微晶沿纤维轴的取向程度越高，则其杨氏模量越高。第4页/共16页碳纤维碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材

4、料。机和汽车的刹车片材料。通常通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。体材料。它比绝大多数金属的比强度高它比绝大多数金属的比强度高7 7倍以上，比模倍以上，比模量为金属的量为金属的5 5倍以上。由于这个优点，其复合倍以上。由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。动器材等。绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，

5、室内为负数，在负数，在200200400400时为零，在小于时为零，在小于10001000时为正数。由它制成的复合材料膨胀系数自时为正数。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具。然比较稳定，可作为标准衡器具。高强度高强度热膨胀系数小热膨胀系数小导热性好导热性好耐磨性好耐磨性好第5页/共16页应用实例碳纤维碳纤维(carbon fiber,(carbon fiber,简简称称CFCF)作为高性能纤维的作为高性能纤维的一种，碳纤维碳材料已在一种，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、域取得广泛应用，从航天、航空、航空、汽车、汽车、电子

6、、电子、机机械、化工、轻纺等民用工械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人材料的典型代表，为世人所瞩目所瞩目第6页/共16页航空航天应用导弹发动机的喷管结构是由碳纤维制作。碳纤维在1000下性能依旧没有太大变化，故其常用于导弹喷管以及火箭外壳。美国第四代战斗机F22采用了约为24%的碳纤维复合材料，从而使该战斗机具有超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。第7页/共16页新新一代一代LEAPLEAP涡扇发动机的风扇叶片涡扇发动机的风扇叶片波音777民航

7、应用 碳纤维碳纤维复合材料用量较大而场合是民航客复合材料用量较大而场合是民航客机机，美国波音公司，美国波音公司777777和和787787客机，空中客车客机，空中客车公司公司A380A380和和A350XWBA350XWB客机都大量使用碳纤客机都大量使用碳纤维复合材料维复合材料。美国波音公司美国波音公司的的787787客机主要使用日本东客机主要使用日本东丽公司的丽公司的24K24K丝束的丝束的T800T800碳纤维复合材料，碳纤维复合材料，同时也使用了部分同时也使用了部分美国美国赫氏赫氏HexcelHexcel公司的碳公司的碳纤维复合材料。欧洲空中客车公司的纤维复合材料。欧洲空中客车公司的35

8、0XWB350XWB客机也使用了美国客机也使用了美国HexcelHexcel赫氏赫氏公司公司的的IM7IM7碳纤维碳纤维，不仅如此不仅如此，中国商飞，中国商飞C919C919、波音波音737 MAX737 MAX和空中客车和空中客车A320 NEOA320 NEO等客机等客机使用的新一代使用的新一代LEAPLEAP发动机的叶片也使用了发动机的叶片也使用了HexcelHexcel赫氏赫氏公司公司提供的碳纤维复合材料提供的碳纤维复合材料。第8页/共16页压力容器压力容器采用碳纤维复合材料制作，主要用在汽车的压缩天然气罐上，且还用在救火队员的固定式呼吸器上。CNG罐源于美国和欧洲国家，日本和其他的亚

9、洲国家也对这项应用表现出了极大的兴趣。CNG双燃料汽车使用的压力罐中含有碳纤维复合材料消防员使用的呼吸器压力罐第9页/共16页汽车工业应用1.汽车车身和底盘由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身和底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身和底盘减轻质量40%60%，相当于钢结构质量的1/3 1/6。2.刹车片碳纤维还因为其环保和耐磨的特点而应用在刹车片上，但含有碳纤维复合材料的产品都价格偏高，所以，目前这种刹车片还主要应用在高档汽车上。3.传动轴汽车传动轴的受力情况比较复杂，尤其要承受很大的扭矩，充分考虑了碳纤维增强复合材料各向异性、比强度高和比

10、模量相对较低的特点，从而使用碳纤维增强复合材料传动轴能够替代金属产品，满足使用要求。碳纤维传动轴它不仅减轻了60%的重量，而且具有更好的耐疲劳性和耐久性。第10页/共16页1.风力发电机叶片碳纤维高强度、高模量、耐腐蚀、抗疲劳等性能，可以有效地提高叶片刚度，减轻叶片重量，增长叶片使用寿命，提高风能利用率。随着大丝束碳纤维的广泛应用，碳纤维价格的不断降低，碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种趋势。2.碳纤维抽油杆金属抽油杆存在着大重量、易腐蚀、低疲劳性能，采油事故发生率高的缺点，而碳纤维抽油杆，具有高强、轻质、耐腐蚀、耐磨损的特点，大大提高采油效率，应用前景十分广泛。能源方面应用第11页/共16页

11、加固材料碳纤维材料的化学物理性能优异。该材料可以很好地增强建筑结构对外部恶劣环境的抵抗能力，延长建筑结构物的使用寿命；又因其优异的物理力学性能使它可以有效的用于结构物的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的补强工程。碳纤维材料的质量轻、强度高。该特点使它可以在基本不增加结构体积和不改变结构外形的情况下加固结构体，加固的结构体经过装饰后，不留加固痕迹，不影响结构体外观。这是其它维修加固方法无法比拟的特点。第12页/共16页发展现状碳纤维产业方兴未艾 碳纤维属于国际高端新材料产业，应用至航空航天领域，汽车，风力涡轮叶片及压力容器等市场对碳纤维的需求也在不断增加，2010年全球碳纤维

12、需求量将达到3.5万吨左右。国际生产现状 目前，世界碳纤维中PAN基碳纤维占各种碳纤维材料的80%以上，日本东丽公司，东邦人造丝公司和三菱人造丝公司作为世界碳纤维生产的龙头企业，三者的总产量则占了世界总产量的78%。国内生产现状 我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段，碳纤维产量很低，国内生产能力仅占世界总产量的0.4%。第13页/共16页碳纤维应用领域延伸度广且应用率高 碳纤维在航空航天领域的应用已相当广泛，当今更有向高度应用率发展之势。风机叶片是碳纤维第二的大应用市场，全球风机装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。碳纤维在汽车行业的需求前景也较为乐观。碳纤维已步入再循环利用轨道。第14页/共16页This Is The EndYou can never beat me.第15页/共16页感谢您的观看！第16页/共16页