carbonfibre碳纤维材料.docVIP

本文由追疯子的人贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 carbon fibre 顾名思义，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 7~9 倍，抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa 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。 碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首 的巴黎统筹委员会(COCOM)， 对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策，1994 年 3 月， COCOM 虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍引不进来，特 别是高性能 PAN 基原丝技术，即使我国进入 WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了 国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其它选择。因此，国外尤其是碳纤维生产技术领 先的日韩等国对中国的碳纤维材料及制品的出口一直保持相当谨慎的态度， 只有为数很少的 中国企业能够与其建立合作关系，拥有其产品的进口渠道。 目前世界碳纤维产量达到 4 万吨／年以上， 全世界主要是日本东丽、 东邦人造丝和三菱 人造丝三家公司以及美国的 HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司，以及德国 SGL 西格 里集团， 韩国泰光产业， 我国台湾省的台塑集团， 等少数单位掌握了碳纤维生产的核心技术， 并且有规模化大生产。目前在祖国大陆还没有一个年产 100t 的规模化碳纤维工厂，大多还 处于中试放大阶段。值得一提的是我国台湾省的台塑集团，在 80 代年中期从美国 Hitco 公 司引进百吨级碳纤维生产线，经消化、吸收和配套后得到迅速发展，台塑产量增加很快，但 碳纤维质量的提高幅度并不大。 我国对碳纤维的研究开始于 20 世纪 60 年代，80 年代开始研究高强型碳纤维。多年来 进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入 21 世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引 进了 500 吨／年原丝、200 吨／年 PAN 基碳纤维(只有东丽碳纤维 T300 水平)，使我国碳纤 维工业进入了产业化。随后，一些厂家相继加入碳纤维生产行列。据不完全统计，目前，我 国已有 12 家生产规模大小不一(5～800 吨／年)的 PAN 基碳