聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的研制

聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的研制1．聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90%以上，成为最主要的品种。

1.1聚丙烯腈基碳纤维的制备

聚丙烯基碳纤维是继粘胶基碳纤维后第二个开发成功的碳纤维。它是目前各种碳纤维中产量最高品种最多发展最快技术最成熟的一种碳纤维。

聚丙烯腈（PAN）是由（AN）聚合而成的链状高分子。

由于PAN在它的熔点317℃以前就开始热分解，因此不能采用熔融纺丝而只能通过溶剂进行湿法或干法纺丝。

聚丙烯腈碳纤维的生产过程分三步：(1)预氧化；(2)高温碳化处理；（3）高温石墨化处理。

(1)聚丙烯腈原丝的预氧化

预氧化的目的就是为了防止原丝在碳化时熔融，通过氧化反应使得纤维分子中含有羟基，羰基，这样可在分子间和分子内形成氢键，从而提高纤维的热稳定性。在聚丙烯腈纤维预氧化过程中可能发生的主要化学反应和氧化脱氢反应。

分析结果表明在大约200℃左右约有75％氰基发生了化学反应。未环化的杂化发生氧化脱氢反应，使纤维中结合一部分氧。一般认为，在制造聚丙烯腈碳纤维时，纤维仅需要部分氧化，含氧量在5％~10％较好。预氧化采用的方法有两种：空气氧化法和催化法。

原丝在200~300℃空气中预氧化时，其颜色从白→黄→棕→黑，说明聚合物发生了一系列的化学变化，并开始形成石墨微晶结构。催化环化是将聚丙烯腈原丝在225℃的SnCl4二苯醚溶液中催化成环。催化法有可能使部分氰基未被氧化，造成结构缺陷。目前工业生产上普遍采用的是空气预氧化法。

同时为了提高碳纤维的力学性能，在原丝预氧化时同时采用引力牵伸。

(2)预氧化的碳化

预氧化的碳化一般是在惰性气氛中，将预氧丝加热至1000~1800℃，从而除去纤维中的非碳原子(如H，O，N等) 。生成的碳纤维的含碳量约为95％。碳化过程中，未反应的聚丙烯腈进一步环化，分子链间脱水，脱氢交联，末端芳构化成氨。随着温度的进一步升高，分子链间的交联和石墨晶体进一步增大。碳化温度对碳纤维的力学性能有很大的影响。在碳化过程中，拉伸强度和弹性模量随温度的升高而升高。但在拉伸强度在1400℃左右达到最大值。这是由于随温度的提高，碳纤维中的石墨晶体增大，定向程度提高，因而拉伸模量升高而拉伸强度趋于下降。

(3)PAN的石墨化

石墨化过程是在高纯度惰性气体保护下于2000~3000℃温度下对碳纤维进行热处理。碳纤维经石墨化温度处理后，纤维中残留的氮，氢等元素进一步脱除，六角碳网平面环数增加，并转化为类石墨结构。

在PAN石墨纤维的制备中，牵伸贯穿生产全过程。不仅在生产PAN原丝时需要多次牵伸。牵伸使微晶沿纤维轴向择优取向，微晶之间堆积更加紧密，从而使密度和模量提高。

1.2聚丙烯腈基碳纤维的结构

碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构，通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42.，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。

1.3聚丙烯腈基碳纤维性能特征

碳纤维的化学性能与碳十分相似，在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化，氧化产物CO2、CO在纤维表面散失，所以其在空气中的使用温度不能太高，一般在360℃以下。但在隔绝氧的情况下，使用温度可大大提高到1500℃～2000℃，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）。碳纤维有通用型（GP）、高强型（HT）、高模型（HM）、高强高模（HP）等多种规格，其性能指标见表3。

碳纤维有如下的优良特性：①比重轻、密度小；②超高强力与模量；③纤维细而柔软；

④耐磨、耐疲劳、减震吸能等物理机械性能优异；⑤耐酸、碱和盐腐蚀可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性炭纤维；⑥热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃，热分解温度800℃，极限氧指数55；⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；⑧具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低；⑨生物相容性好，生理适应性强。碳纤维力学性能主要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数，变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ，碳纤维的 CV值是设计构建的一项重要指标，如果碳纤维的CV值较小，涉及碳纤维拉伸强度等利用率高，可充分发挥其增强效果。在使用碳纤维时，大多制造成复合材料的结构件。对于同一性能的结构件，碳纤维的CV值越小，用量少，增强效果好；如果CV值较大，用量较多，构件笨重，增强效果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。

1.4聚丙烯腈基碳纤维的相关标准

目前，我国针对碳纤维的性能及其在复合材料中的应用，制定了相关标准，现行碳纤维相关标准有：GB/T 3362—2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法，适用于1K～12K碳纤维复丝浸胶后测定其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率。GB 3362—1982碳纤维复丝纤维根数检验方法（显微镜法），是适用于测定碳纤维复丝中的纤维根数。GB 3364—1982碳纤维直径和当量直径检验方法（显微镜法），适用于测定圆形截面碳纤维的直径和异形截面碳纤维的

当量直径。GB 3365—1982碳纤维增强塑料孔隙含量检验方法（显微镜法）用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的孔隙含量。GB/T 3355—2005碳纤维增强塑料树脂含量试验方法，适用于硫酸在一定条件下能使树脂基体完全分解又过分地腐蚀纤维的碳纤维增强塑料GB 3366—1996碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法，适用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的纤维体积含量。QJ 3074—1998碳纤维及其复合材料电阻率测试方法，适用于航天产品用碳纤维及碳纤维复合材料电阻率的测试目前，碳纤维产业正处于上升期，随着碳纤维工业的发展和技术的进步，我国碳纤维的产量会增加，质量会提高，品种也会有所增多，碳纤维性能也必将进一步提高，工业要求也将越来越高，为确保材料、产品、过程能够符合需要，也必须制定更新、更跟得上时代要求的标准。

2．热固性酚醛树脂

2.1合成原理

在NH4OH、NaOH或NaCO3等碱性物质的催化下，过量的甲醛与苯酚（其摩尔比大于1）反应生成热固性酚醛树脂。其反应过程如下：在碱性催化剂存在下使反应介质PH大于7，苯酚和甲醛首先发生加成反应生成一羟甲基苯酚：

室温下，在碱性介质中的酚醇是稳定的，一羟甲基苯酚中的羟甲基与苯酚上的氢的反应速度比甲醛与苯酚的邻位和对位上的氢的反应速度小，因此一羟甲基苯酚不容易进一步缩聚，只能生成二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚：

当以上反应生成的羟甲基苯酚受热后，又可发生羟甲基苯酚上的羟甲基与苯酚上的氢的缩合反应生成次甲基桥，或发生羟甲基与羟甲基之间的缩合反应形成醚键连接，以上产物继续受热会进一步缩合。如果反应更深入，则会发生交联，最终形成体型结构的大分子，这在树脂生产阶段是应当避免的。所以应严格控制得到具有类似下列结构的产物：其中n=4—10，m=2——5。

这是含有羟甲基的线型或支链型酚醛树脂，由于分子中含有羟甲基，它们在受热情况下会进一步相互缩合形成高度交联的体型结构产物，因此，这些含有羟甲基的酚醛树脂是热固性树脂。

2.2热固性酚醛树脂的性能及生产特点

热固性酚醛树脂具有良好的综合性能，用途广泛，在防腐工程中以涂料、胶泥、塑料和玻璃钢等多种形式应用。

2.2.1热固性酚醛树脂的性能

（一）良好的工艺性能

根据需要可以制成具有各种不同粘度的酚醛树脂以适应各种不同的应用场合，一般分为高粘度、中粘度和低粘度三种。高粘度树脂适用于制备挤压石墨制品，其中较低粘度的树脂适用于制造石棉酚醛塑料和酚醛清漆。中粘度树脂适用于制作酚醛胶泥和酚醛玻璃钢。低粘度树脂适用于浸渍石墨，也可以用来制作玻璃钢。

在热固性酚醛树脂中，由于其大分子中存在的羟甲基的缩合作用而使树脂的粘度增长较快，最终形成体型结构产物。在热固性酚醛树脂中加入苯甲醇可以相对地减少树脂分子中羟甲基的缩合反应；从而延长树脂的贮存期，一般苯甲醇的用量为树脂量的10%。

（二）良好的耐蚀性能

固化后的酚醛树脂的结构主要是苯酚基通过次甲基桥连接的网状结构，是一种较为稳定

的化学结构。然而，由于结构中存在大量苯环，在苯环上能发生硝化反应和磺化反应，因此它不能耐浓硫酸和硝酸等强氧化性介质。除强氧化性酸之外，酚醛树脂几乎能耐一切酸，如任何浓度的盐酸、稀硫酸、大部分的有机酸以及酸性气体和PH<7,的酸性盐溶液等。

酚醛树脂的耐碱性差，即使在室温，稀碱就能将它破坏。这是因为酚醛树脂的结构中含有许多酚基，这些苯环上的羟基具有弱酸性，羟基上的氢能被钠所取代生成水溶性的酚钠产物，为提高酚醛树脂的耐碱性，可使二氯丙醇与酚醛树脂进行醚化反应，消耗一部分羟基，据报导，用20%的二氯丙醇醚化后的酚醛树脂固化后可在100℃下耐浓度为30%的NaOH水溶液。此外，在酚醛树脂中添加环氧树脂改性，也可提高其耐碱性，同时还可提高它的粘结性和降低收缩率。

（三）其它性能

固化后的酚醛树脂一般可在120℃下长期使用，具有良好的耐热性能。其耐热性优于环氧树脂和不饱和聚酯树脂。

酚醛树脂的某些性能很不理想，例如：树脂固化时的体积收缩率较大，树脂与玻璃纤维的粘结性较差，固化后产物较脆，延伸率低等。

这些问题可以通过一系列的改性措施来解决。

2.2.2热固性酚醛树脂的生产特点

热固性酚醛树脂产品可以是固体状、乳液状，或酒精与水的溶液，根据其工业用途而定。热固性树脂的性能与酚与醛的配比、催化剂的种类及制造方法有关。

制造铸型树脂或木材黏结剂时，常按1mol苯酚与1.5～2mol甲醛配比，采用氢氧化钠、氢氧化钾等催化剂。用于制造各种层压制品的热固性酚醛树脂所用配比为6mol酚类与7mol 甲醛，并以氨水为催化剂，酚类可用苯酚、甲酚等。制造模塑粉及其他常用的Resole型树脂的配方、特点及应用见表3-3。

催化剂对结构、相对分子质量分布均有影响，常用催化剂有氢氧化钠、碳酸钠、碱土金属氧化物和氢氧化物、氨水、六亚甲基四胺和叔胺。有时使用的催化剂要在反应结束后除去，尤其在对电性能、耐老化和耐湿性要求高时。一般，氢氧化钠、碳酸钠常保留在树脂溶液中；应用钙、钡氧化物和氢氧化物时，常在反应后加硫酸或通CO2，使其沉淀除去；叔胺可蒸馏除去。

生产模塑粉用的热固性酚醛树脂有多种形态和原料,见表3-4

过度转化为乙阶(B阶)，甚至丙阶(C阶)，而固化于反应釜内，所以在反应釜的容积上，一般不宜太大，多限于1～5m3以便于反应的控制。

生产固体Resole型树脂，其具体操作工艺亦大体与前述生产固体Novolak型树脂的一致。须特别注意的有：①缩聚反应温度要稍低，一般不超过93℃；②温度控制要更严格准确；

③反应进程及终点控制要更及时；④脱水阶段的真空度要更高，时间要更短。其操作温度与时问关系的变化轨迹(操作曲线)见图中，将其与生产热塑性酚醛树脂的关系曲线图3—3进行对比，可以明显看出上述的一些特点。

当需生产热固性酚醛树脂溶液时，则在树脂脱水到达终点后，向反应釜夹套内通人冷却水使物料降至接近常温，再加入乙醇并不断搅拌使形成均匀溶液。此种溶液一般是配成50%左右的浓度。可用于制造酚醛层压塑料的浸渍树脂以及酚醛涂料和黏结剂的基料。

图片

图制备热固性酚醛树脂的操作温度曲线

装料阶段；δB-将混合物料加热到沸腾阶段；Bτ-沸腾阶段；τg-在开始干燥时将树脂进行冷却阶段；ge-干燥阶段；e-树脂的卸出

热固性酚醛树脂乳液的生产特点是缩聚控制在反应物系不完全分层的阶段，然后仅进行部分脱水。所得乳液态黏稠状树脂液主要用于浸渍纤维状及碎屑状填料。由于不需消耗溶剂，故生产成本较低，且更符合环保要求。其主要缺点是游离酚及低分子缩聚物含量高，存放期短，稳定性差。介绍一个生产实例如下。

配方(质量份)：苯酚100，甲醛(37 %)40.5，氢氧化钠1.0。

其工艺过程为：先将苯酚、甲醛及氢氧化钠水溶液加入反应釜内，然后搅拌并加热到60℃，当反应液温度上升到96～98℃时，开始沸腾，沸腾持续时问lOOmin；当取样测定物料的黏度达到(1.50～2.50)×10-1Pa?s后，应在40kPa的真空下将物料冷却到70～80℃，并使缩聚反应停止，此时物料黏度达到0.8～1Pa?s。然后冷却，去掉真空，将物料放入澄清槽中，澄清时间不少于12h，分离出树脂上层水后即可用来浸渍填料，这种树脂的游离酚含量小于9%，在150℃时的聚合速度为75～95s。

2.3 酚醛树脂结构分析

红外光谱分析:在中温85℃时不同反应时间下酚醛树脂的红外谱图见Fig. 1。

由IR谱图可知,合成的酚醛树脂在3360 cm( -OH)附近和1596cm 1(苯基)处均有强吸收峰在757cm -1处酚环以邻位2邻位方式结合有一强吸收峰[2] ,可以初步判断上述四种合成产物均为热固性酚醛树脂。

在1153cm -1处吸收峰很小,说明分子结构中几乎不存在醚键 -CH2 -O-CH2 -,3360 cm -1处苯环上-OH的伸缩振动吸收峰,1234 cm -1处酚羟基的P-Oh伸缩振动吸收峰表明合成过程中酚羟基不参与反应。产物的分子结构可以用式(1)表示

由酚醛树脂红外光谱图上羟甲基的吸收带 (1015 cm 1)和苯基的吸收带(1596 cm 1)处的吸光强度 ,可以计算出酚醛树脂的羟甲基指数[3,4] :

GPC分析:采用Waters1515、2414型GPC分析仪对在不同中温反应时间下合成的树脂检测结果见 Fig. 2。由Fig. 2可知,随着合成过程中中温反应阶段,酚醛树脂预聚体的分子量增大, M. zPM w的比值加大,即结构式 (1)中的n值增大,树脂的反应活性降低。

聚速、黏度、固含量、游离醛、游离酚理化指标检测结果与分析:不同反应时间合成树脂的聚速、黏度、固含量、游离醛、游离酚理化指标检测结果及羟甲基指数、GPC 测试结果对比汇总于Tab. 2 。随着合成反应时间的延长,酚醛的黏度增大、游离醛和游离酚降低、残碳率略有增加、合成产物聚速减小,即树脂的反应活性降低,与2. 1. 1 节、2. 1. 2 节分析相对应。这些性能的改变,是由树脂的分子结构和分子量分布决定的。因此,对于具有高邻位结构的可发性热固性酚醛树脂,分子量、分子量分散系数的大小,可以作为其化学反应活性评判的依据,即.Mw < 400 、.Mz P.Mw < 1160为高活性,适用于高压喷涂; .Mw > 480 、.Mz P.Mw > 1180为低活性,适用于大块模发;介于两者之间为中活性, 适用于低压连续灌注成型泡沫塑料。

2.4影响热固性酚醛树脂反应的主要因素

1.催化剂

常用的催化剂有NaOH、Ba(OH)2、NH40H和碳酸钠等。NaOH是作用最强的催化剂，因此应用时采用较低的浓度(0.1%)，其特点是它对加成反应有很强的催化效应，初始缩聚物在反应介质中具有很强的溶解性。其缺点是NaOH催化的树脂中游离碱含量高，使树脂的色泽、耐水性、介电性能等较差。因而通常在脱水干燥过程中用弱有机酸(乳酸、苯甲酸、草酸等)来进行中和。

Ba(OH)2?8H2O的碱性较弱，是较为缓和的催化剂，应用时采用较大的浓度(1%～5%)，也常与其他催化剂一起使用。缩聚结束后，一般用C02即可使之中和，在最终树脂产物中残存的不溶解的惰性钡盐不会影响树脂的介电性能和化学稳定性。

NH4OH通常应用其25%的水溶液，在热固性酚醛树脂中应用最广，其量为苯酚的1.5%左右为宜。反应中它与甲醛缩合成乌洛托品(六亚甲基四胺，HMTA)，因此也可用HMTA代替NH4OH。NH4OH是弱碱，催化性能缓和，因此生产过程容易控制，同时残留的催化剂也容易除去，可提高树脂的介电性能。缺点是在热压时，在模压(或层压)制品中放出氨而发生膨胀现象。

2.原料比的影响

生产热固性酚醛树脂，原料酚和醛的理论用量接近摩尔比F：P=1.5：1，可得到理想的交联体，但实际上甲醛往往稍不足，以便于树脂的生产和加工。树脂性能将随配比的变化而变化，随着醛量的增加，可提高树脂的滴点、黏度、硬化速度以及树脂的收率，同时游离酚含量减少(见表3-5)。

用作模塑粉和层压塑料用的热固性酚醛树脂，通常是采用等物质量的甲醛和苯酚或甲醛过量不多，例如为7：6条件下缩聚的。

3.原料化学结构的影响

热固性酚醛树脂常用各种酚与甲醛合成，不同类型的酚与甲醛反应活性不同，酚类的性质对热固性酚醛树脂的缩聚反应速度和树脂的固化速度有很大的影响，在树脂形成阶段，缩聚反应速度不仅与原料酚的官能度有关，而且还与酚的结构有关，凡能对苯环上的羟基或对位的氢原子起活化作用的取代基都会使缩聚反应速度增大，取代酚的活性按下列顺序递减(以苯酚的反应速度为“1”计)。

3，5-二甲酚>间甲酚>2，3，5-三甲酚>苯酚>3，4-二甲酚>邻甲酚>2，5-二甲酚>2，6-二甲酚

(0.8) (2.9) (1.5) (1.9) (0 .8) (O.8) (O.7) (O.2)

若酚羟基的邻位或对位取代后，由于酚环的活性点减少，通常只能制得热塑性树脂，难于固化。在工业上常用来合成酚醛树脂的其他酚类有甲酚、对叔丁基酚和对苯基酚等，用对叔丁基酚和对苯基酚制备的热固性酚醛树脂，在干性油中有较好的溶解性能，常用来制备涂料。

除甲醛外，还可用糠醛、乙醛等醛类化合物生产热固性酚醛树脂。相比之下，糠醛因结构中不仅有醛基还有双键，所以反应活性较大。乙醛的反应能力低于甲醛，生产过程较易控制。

3．聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂

聚丙烯腈基碳纤维增强热固性树脂复合材料指的是由碳纤维作增强体，热固性树脂作为基质的一类复合材料，是目前使用最为广泛的树脂基复合材料。

3.1 聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂原理

预浸料在复合材料成形中，许多情况下都需要使用预浸料。通常预浸料指的是由纤维(连续单向纤维、织物等)浸渍树脂后得到的半干态，具有一定黏性的片状材料。预浸料按纤维物理形态不同，可分为单向纤维预浸料和织物预浸料。单向纤维预浸料可按使用要求对纤维增强复合材料进行铺层设计，调整预浸料纤维方向、单层厚度和层数，可优化复合材料性能。织物预浸料的优点是便于铺叠操作。根据浸渍树脂的形式，预浸料的制备可分为湿法和干法。干法生产的预浸料挥发分含量低，用它制备的纤维增强复合材料孔隙少，力学性能好。

由于采用预浸料在工艺和力学性能方面均有许多优点，所以用预浸料制造的纤维增强复合材料制件越来越多，80％以上的炭纤维增强复合材料都是采用预浸料制造的。

多向编织技术利用多向编织技术可实现的纤维编织物包括：各种截面的型材，不同形式的板材以及复杂几何形状的纤维编织物。多向编织技术甚至可按实际零件的复杂形状制成整体织物和在不同方向加筋形式的三向四向……七向织物。多向纤维编织物可利用不同成形技术成形最终制件。多向编织复合材料的最大特点是具有高度的整体性和力学结构合理性等(见碳纤维多向编织物)。

热固性酚醛树脂复合材料成型工艺碳纤维增强热固性树脂复合材料的成型工艺包括：袋压成型、模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、树脂传递成型以及膨胀弹性模成型。

袋压成型包括压力袋、真空袋和真空袋一热压罐成型法。最大优点是仅用一个模具就可得到形状复杂、尺寸较大、质量较好的制件。真空袋一热压罐法是生产高质量纤维增强复合材料制件的主要方法。基本工艺过程是将预浸料按尺寸裁剪、铺贴，然后将预浸料叠层和其他工艺辅助材料组合在一起，构成一个真空袋组合系统，在热压罐中于一定压力和温度下固化成型成最终制件。由于袋内抽真空，所以能排除物料内的空气及挥发物，从而获得低孔隙含量的高性能复合材料制件。

模压成型适用于生产量大，尺寸要求精确的制品。模压成型的模具由阴、阳模两部分组成，两者匹配形成一个制品成型腔。在模压成型复合材料中，增强材料一般为短切纤维毡、连续纤维毡和织物。

纤维缠绕成型这一技术主要用于生产各种旋转截面制件，如筒、罐、管、球、锥等。另外，飞机机翼及翼梁、机身等非圆形件也可用缠绕法生产。缠绕成型包括纤维缠绕成型和预浸带缠绕成型。前者是纤维在缠绕到模芯前通过一个树脂槽浸胶。模芯不断地转动，

纤维经过喂纱嘴以不同速度上下移动以使纤维能缠绕在模芯的适当位置。缠绕产品的一个典型例子是火箭发动机，它的基本要求是：内表面尺寸精度要高、质量轻、结构整体性好以及成本低。预浸带缠绕成型使用预浸带代替纤维，由于使用了预浸带从而可更有效地控制制件中树脂分布和纤维体积含量，也使整个制造过程更清洁。

缠绕工艺的几个重要工艺参数是缠绕张力、缠绕角、缠绕速度及树脂固化条件等。

拉挤成型用于连续生产纤维复合材料型材。主要过程是依靠牵引将原材料通过一定型面的加热模，完全复合、成型和固化。拉挤成型工艺简单、效率高。拉挤法制备制件时，增强纤维沿轴向平行排列，能有效地利用其强度，采用纤维毡增强材料可制备各向同性制件，采用编织带可提高制件的横向强度。拉挤成型的关键是固化的控制。固化反应放热峰出现太早制件易开裂、翘曲；出现太迟，制件固化不完全，易分层。这取决于型材形状和加热方式，拉挤速度在1.5～60m/h。

树脂传递成型包括压力传递、真空传递以及压力真空传递成型。主要是通过真空或(和)外压使树脂进入密封模具浸渍纤维，固化获得制件。树脂传递成型中采用的增强体一般为纤维织物或纤维毡。树脂主要为聚酯和环氧，工艺黏度应控制在300～600Pa?s。

树脂传递的优点是制件表面很光滑，尺寸精度高和重复性好以及可精确地控制增强材料含量。

膨胀弹性模成型特别适用于复杂结构的纤维增强复合材料制件的整体成型。它是靠弹性模的热膨胀产生和传递压力。可分为闭模法和半闭模法。膨胀弹性模具主要由刚性外模和弹性芯模组成。外模常为金属模，芯模常采用膨胀硅橡胶。

热固性复合材料的特性包括以下方面的特性。

力学性能碳纤维增强热固性酚醛树脂树脂复合材料是复合材料中发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。它的突出优点是比强度及比模量高。因此炭纤维增强热固性树脂复合材料制件在强度和刚度相同的情况下，结构重量可以减轻，尺寸比金属件小。复合材料力学性能依据增强材料的形式、数量等的变化而变化。表2给出了几种单向炭纤维和织物增强复合材料的力学性能。

表2纤维增强复合材料性能

注：单向纤维增强复合材料性能为纤维0。方向性能，织物增强复合材料性能为织物经向性能。

各向异性及性能可设计性碳纤维增强复合材料的一个突出特点是各向异性和不均

匀性。其纵向性能和横向性能相差甚大，拉伸与压缩也不相同。可以通过调整复合材料的铺层次序、纤维排列方向获得最佳的结构效率，满足既定要求，从而实现制件的优化设计，做到安全可靠，经济合理。

良好的抗疲劳特性疲劳特性指的是材料在交变载荷作用下，由于裂纹的形成和扩展而产生的低应力破坏。在纤维增强复合材料中存在许多纤维/树脂界面，这些界面能阻止裂纹进一步扩展，从而推迟疲劳破坏的发生。复合材料在使用过程中，即使过载而造成少量纤维断裂，其载荷也会迅速重新分布到未破坏的纤维上，这样在短期内不会使整个构件丧失承载能力，显示出复合材料结构的良好破坏安全性。

成型工艺性即使是结构形状复杂的大型制件，利用纤维增强复合材料也可以一次成型。纤维增强复合材料的这一特点使部件中的零件数目明显减少，避免了接头过多，显著降低了应力集中，减少了制造工序和加工量，大量节省原材料。

耐腐蚀性好碳纤维增强热固性复合材料是一种新型的耐腐蚀材料。能在酸、碱、盐以及有机溶剂等化学介质中长期工作。

3.2 聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的应用

航空航天工业先进炭纤维增强热固性复合材料问世以来，在航空航天工业的应用经历了从非承力件到主承力件的过渡，例如从受力不大的活动面，前机身设备舱门到受力较大的垂直安定面，以及主承力的机翼、机身。航空航天工业中使用的复合材料一般为连续纤维增强的层压结构材料，例如F一18的起落架舱门和方向舵，波音737的水平安定面，波音747的地板和发动机进气机匣。(见表3)

表3炭纤维复合材料在航空航天工业上的主要应用

运动器材方面的应用炭纤维复合材料的高比强度、比刚度以及优良的耐疲劳性能使其在一些运动器材方面得到了应用(见图)。这些包括自行车架、赛艇、皮划艇、摩托车、

滑雪板、高尔夫球棍、网球拍、标枪、撑杆跳杆、钓鱼竿、冲浪板、滑水板、冰球杆、雪橇等。

汽车工业方面的应用炭纤维复合材料在汽车方面的应用包括：炭纤维复合材料传动轴和车身弹簧。炭纤维复合材料传动轴采用湿法缠绕而成，在弯曲和扭转强度及刚度相同的情况下，质量只是钢传动轴的二分之一。以炭纤维复合材料制成的车身弹簧重量降低25％。由于碳纤维复合材料的高抗疲劳性能，因此它的使用寿命更长。使用短切炭纤维增强复合材料制成的“福特40”车身，它可以减重40％。由于刚性的提高，使其在高速下仍能保持气动外形。虽然由于成本方面的问题，炭纤维复合材料代替金属材料的汽车部件，目前并不十分广泛。但已有研究表明，可以使用复合材料代替金属材料的汽车部件还包括车门、机罩、车轮以及大梁等。

其他方面的应用在生物工程方面有各种炭纤维复合材料如韧带、人工关节和接骨夹板等。炭纤维复合材料假肢可将重量降低并提供足够的强度和耐久性。由于炭纤维复合材料对x光的吸收率低，从而在x射线治疗设备中得到使用。此外，炭纤维复合材料在船舶、建筑等领域也有相当的应用。

3.3 结论

在成型热固性酚醛树脂复合材料过程中，由聚丙烯腈碳纤维作增强体，热固性酚醛树脂树脂作为基质，使复合材料在各向异性及性能可设计性、良好的抗疲劳特性、成型工艺性、耐腐蚀性、阻燃性方面均有不同的提高，从而解决复合材料在使用过程存在的各种缺陷。

3.4 展望

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。聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂树脂复合材料产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质的提高方面正在发挥越来越重要的作用，对我国产业结构的调整和许多传统材料的更新换代有重要意义。聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂树脂复合材料是一种重要的高技术材料，不但事关国防建设，民用市场也前景广阔。但我国研究了几十年，由于这样那样的原因，一直没有搞上去，关键设备技术突不破，性能上不去，成本下不来，碳纤维及其制品难以产业化，从而大大制约了我国相关高新技术领域的发展。要正确、科学、实事求是地总结过去，在总结经验教训的基础上，注重将基础性研究成果或者单元研究结果及时应用到中试线和工业生产线上，寻找一条切合国情的健康发展之路，实现我国高性能聚丙烯PAN基碳纤维增强热固性酚醛树脂树脂复合材料的跨越式发展。

树脂基碳纤维复合材料项目可行性方案

树脂基碳纤维复合材料项目 可行性方案 规划设计/投资分析/产业运营

摘要说明— 碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属 基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较 为广泛。 该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资8358.19万元，其中：固定 资产投资6937.82万元，占项目总投资的83.01%；流动资金1420.37万元，占项目总投资的16.99%。 达产年营业收入12184.00万元，总成本费用9189.44万元，税金及附 加164.13万元，利润总额2994.56万元，利税总额3571.73万元，税后净 利润2245.92万元，达产年纳税总额1325.81万元；达产年投资利润率 35.83%，投资利税率42.73%，投资回报率26.87%，全部投资回收期5.22年，提供就业职位165个。 报告内容：项目概论、项目建设背景、项目市场前景分析、项目建设 方案、选址评价、土建工程、工艺说明、环境影响概况、安全管理、建设 及运营风险分析、项目节能可行性分析、项目进度说明、项目投资可行性 分析、盈利能力分析、结论等。 规划设计/投资分析/产业运营

树脂基碳纤维复合材料项目可行性方案目录 第一章项目概论 第二章项目建设背景 第三章项目建设方案 第四章选址评价 第五章土建工程 第六章工艺说明 第七章环境影响概况 第八章安全管理 第九章建设及运营风险分析 第十章项目节能可行性分析 第十一章项目进度说明 第十二章项目投资可行性分析 第十三章盈利能力分析 第十四章招标方案 第十五章结论

第一章项目概论 一、项目承办单位基本情况 （一）公司名称 xxx公司 （二）公司简介 未来，在保持健康、稳定、快速、持续发展的同时，公司以“和谐发展”为目标，践行社会责任，秉承“责任、公平、开放、求实”的企业责任，服务全国。公司将“以运营服务业带动制造业，以制造业支持运营服 务业”经营模式，树立起双向融合的新格局，全面系统化扩展经营领域。 公司为以适应本土化需求为导向，高度整合全球供应链。 公司已拥有ISO/TS16949质量管理体系以及ISO14001环境管理体系， 以及ERP生产管理系统，并具有国际先进的自动化生产线及实验测试设备。公司坚持走“专、精、特、新”的发展道路，不断推动转型升级，使产品 在全球市场拥有一流的竞争力。 公司正处于快速发展阶段，特别是随着新项目的建设及未来产能扩张，将需要大量专业技术人才充实到建设、生产、研发、销售、管理等环节中。作为一家民营企业，公司在吸引高端人才方面不具备明显优势。未来公司 将通过自我培养和外部引进来壮大公司的高端人才队伍，提升公司的技术 创新能力。公司通过了ISO质量管理体系认证，并严格按照上述管理体系

碳纤维材料的性能

碳纤维材料的性能及应用 摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民 用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。 关键词：碳纤维性能应用 0引言 碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料 碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、

碳纤维复合材料结构设计要点

强度与刚度 既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵 抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。 如何4定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的 这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。 通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材 料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。 所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。 由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各 相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。 由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的 厚度、铺设方向、铺层序列) 。 最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结 构几何。 稳定性 除了强度与刚度要求，设计者还需考虑复合材料部件的失稳，尤其是对一些细长杆结构，在 受压时，应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件，如果铺层不均匀， 也会产生翘曲失稳，所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层，以防变形不均匀。 一般情况下，在部件没有达到极限载荷之下，不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊 要求，可以产生失稳现象，那么设计过程中，要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。 铺层结构 铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键，如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结 构部件上，铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点： 1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说，0°、±45°、90°的纤维都要有，否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。 2. 为了防止层合板边缘开裂，尽量避免重复单一方向的铺层，设计时最多不超过5层。 3. 为了防止最外层铺层的剥离，在部件的主载荷方向，应铺放±45°纤维，而不能铺放0°和90°纤维。另外，避免最外层铺层间断或不完整。 4. 若使用非对称铺层，每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲，因此，一般要采用对称 铺层。 5. 当增加补强铺层时，每层阶梯最少要3.8- 6.4mm，附加铺层也应尽量采用对称铺层。

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告

树脂基碳纤维复合材料项目 可行性报告 规划设计/投资分析/实施方案

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告 碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属 基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较 为广泛。 该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资8203.97万元，其中：固定 资产投资6444.75万元，占项目总投资的78.56%；流动资金1759.22万元，占项目总投资的21.44%。 达产年营业收入15315.00万元，总成本费用12042.78万元，税金及 附加141.99万元，利润总额3272.22万元，利税总额3865.55万元，税后 净利润2454.16万元，达产年纳税总额1411.38万元；达产年投资利润率39.89%，投资利税率47.12%，投资回报率29.91%，全部投资回收期4.84年，提供就业职位248个。 坚持“实事求是”原则。项目承办单位的管理决策层要以求实、科学 的态度，严格按国家《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）的要求，在全面完成调查研究基础上，进行细致的论证和比较，做到技术先进、可靠、经济合理，为投资决策提供可靠的依据，同时，以客观公正立场、科 学严谨的态度对项目的经济效益做出科学的评价。 ......

树脂基碳纤维复合材料项目可行性报告目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增

树脂基碳纤维复合材料项目初步方案

树脂基碳纤维复合材料项目 初步方案 规划设计/投资方案/产业运营

树脂基碳纤维复合材料项目初步方案说明 碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。 该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资3248.14万元，其中：固定资产投资2392.78万元，占项目总投资的73.67%；流动资金855.36万元，占项目总投资的26.33%。 达产年营业收入7006.00万元，总成本费用5332.20万元，税金及附加60.41万元，利润总额1673.80万元，利税总额1965.08万元，税后净利润1255.35万元，达产年纳税总额709.73万元；达产年投资利润率51.53%，投资利税率60.50%，投资回报率38.65%，全部投资回收期4.09年，提供就业职位125个。 坚持“三同时”原则，项目承办单位承办的项目，认真贯彻执行国家建设项目有关消防、安全、卫生、劳动保护和环境保护管理规定、规范，积极做到：同时设计、同时施工、同时投入运行，确保各种有害物达标排放，尽量减少环境污染，提高综合利用水平。 ......

报告主要内容：概况、项目背景及必要性、项目市场前景分析、产品及建设方案、项目选址方案、土建工程说明、项目工艺说明、环境影响概况、企业卫生、项目风险概况、节能分析、实施安排、投资方案、经济评价分析、项目结论等。

第一章概况 一、项目概况 （一）项目名称 树脂基碳纤维复合材料项目 碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。 （二）项目选址 xx产业示范中心 （三）项目用地规模 项目总用地面积8177.42平方米（折合约12.26亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数53.49%，建筑容积率1.19，建设区域绿化覆盖率6.59%，固定资产投资强度195.17万元/亩。 （五）土建工程指标 项目净用地面积8177.42平方米，建筑物基底占地面积4374.10平方米，总建筑面积9731.13平方米，其中：规划建设主体工程7652.37平方米，项目规划绿化面积641.56平方米。

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人

碳纤维_树脂基复合材料导电性能研究

第27卷 第5期 2005年5月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.27 No.5 M ay 2005 碳纤维/树脂基复合材料导电性能研究 于 杰,王继辉,王 钧 (武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070) 摘 要: 研究了短切碳纤维/乙烯基酯树脂导电性与短切碳纤维含量、长径比、纤维取向的关系及其PT C 效应。短切碳纤维长径比越大、取向角越小,材料的渗虑阈值越低,导电性越好。渗虑阈值之后,纤维含量越低,PT C 效应越明显,转变温度越低;实验还发现体积膨胀是导致PT C 效应的主要因素之一,通过分析PT C 效应与体积膨胀之间的关系,得出渗滤区域材料的导电性受导电通路与隧道效应的综合影响,当纤维含量较高时,导电性能基本只受导电通路的控制。关键词: 短切碳纤维/乙烯基酯树脂; 导电性; 长径比; PT C 中图分类号: T B 332文献标志码: A 文章编号:1671-4431(2005)05-0024-03 Study on Electric Properties of Carbon Fiber/Polymer Composites Y U J ie,WAN G J i -hui,WAN G Jun (Schoo l of M aterials Science and Engineering,Wuhan U niversity of T echnolo gy,Wuhan 430070,China) Abstract: T he electr ical co nduct ivity and P T C effect of chopped -carbon fiber filled viny-l ester resin composites were studied.Filler aspect r at io and filler orientation were found to evidently affect t he composites conductiv ity.It w as also proved that the volume ex pansion was a main factor.It has r esulted in the composites .PT C behavior ,w hich is mor e sensitive and evident when the filler fraction is w ithin t he percolation r eg ion.It also advanced the conductive mechanism based on the analysis of the rela -tion between volume expansion and PT C behav ior. Key words: chopped -carbon fiber/viny-l ester r esin; electrical conductivity ; aspect ratio; P T C 收稿日期:2005-01-30. 基金项目:军工863项目(2003AA 305920).作者简介:于 杰(1980-),男,硕士生.E -mail:yujiejack@https://www.sodocs.net/doc/1c10648624.html, 复合型导电高分子材料可以在较大范围内根据需要调节材料的电学、力学性能及其它性能,而且成本较低、易于成型并进行大规模生产,是当前研究开发的重点。其中,碳纤维作为一种纤维状导电填料,填充树脂、橡胶、橡塑共混物等复合型导电高分子材料的研究也经常见诸报道[1,2]。虽然针对碳系填料填充的热塑性树脂复合材料的研究十分广泛,但关于以热固性树脂为基体的导电复合材料的研究却少有报道。以短切碳纤维/乙烯基酯树脂为研究对象,研究了碳纤维含量、长径比及纤维的取向对复合材料导电性能的影响,并对其PT C 效应进行了研究,力图探索短切碳纤维填充热固性树脂基复合材料的导电机理。 1 实 验 1.1 试样制备 碳纤维:PAN 基纤维,型号HTA -12K,由OH O TAYON 公司生产;树脂:3201# 乙烯基酯树脂,上海新华树脂厂生产;固化剂:过氧化苯甲酰,促进剂:环烷酸钴,均由武汉理工大学树脂厂生产。将各长径比(1mm 、3mm 、5mm)的碳纤维按不同的含量(0.5%~10%)与树脂、固化剂及促进剂混合搅拌均匀,浇注到钢模中,140e 下固化20m in,自然冷却,脱模后加工成50m m @20mm @4mm 的片材。

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 编辑本段概况 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，使其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。 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。

树脂基碳纤维复合材料项目规划方案

树脂基碳纤维复合材料项目 规划方案 规划设计/投资方案/产业运营

承诺书 申请人郑重承诺如下： “树脂基碳纤维复合材料项目”已按国家法律和政策的要 求办理相关手续，报告内容及附件资料准确、真实、有效，不 存在虚假申请、分拆、重复申请获得其他财政资金支持的情况。如有弄虚作假、隐瞒真实情况的行为，将愿意承担相关法律法 规的处罚以及由此导致的所有后果。 公司法人代表签字： xxx科技发展公司（盖章） xxx年xx月xx日

项目概要 碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。 该树脂基碳纤维复合材料项目计划总投资20254.23万元，其中：固定资产投资16678.33万元，占项目总投资的82.34%；流动资金3575.90万元，占项目总投资的17.66%。 达产年营业收入32746.00万元，总成本费用25924.45万元，税金及附加335.42万元，利润总额6821.55万元，利税总额8097.87万元，税后净利润5116.16万元，达产年纳税总额2981.71万元；达产年投资利润率33.68%，投资利税率39.98%，投资回报率25.26%，全部投资回收期5.46年，提供就业职位699个。 报告针对项目的特点，分析投资项目能源消费情况，计算能源消费量并提出节能措施；分析项目的环境污染、安全卫生情况，提出建设与运营过程中拟采取的环境保护和安全防护措施。 报告主要内容：项目承担单位基本情况、项目技术工艺特点及优势、项目建设主要内容和规模、项目建设地点、工程方案、产品工艺路线与技术特点、设备选型、总平面布置与运输、环境保护、职业安

碳纤维复合材料

碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大 4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，

碳纤维增强复合材料在汽车上的应用终结版综述

碳纤维增强复合材料在汽车中的应用 摘要 随着汽车工业的飞速发展，减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，寻找较轻且性能良好的材料代替钢制汽车零件成为一个重要的研究方向。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能，是当前汽车材料轻量化的重要研究发展方向之一。本文介绍了碳纤维增强复合材料的特点、成型工艺及在汽车行业的应用情况，以及碳纤维增强复合材料在汽车应用中存在的问题。 关键词：碳纤维增强汽车应用

1 前言 现在社会汽车已成为人民出行必不可少的交通工具，在汽车给人类带来方便的同时也给环境带来了污染，汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，美国能源部相关研究表明，美国现有的汽车，如减重25％，每天可节省750,000桶燃油，每年二氧化碳的排放量可减少1.01亿吨，因此汽车轻量化已成为汽车工业技术发展的重要方向。除了对汽车各种零部件结构进行优化设计和改进外，采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。如选用铝、镁、钛、高强度钢、工程塑料和复合材料等，用以制造汽车车身、底盘、发动机等零部件，可以有效的减轻汽车自重，提高发动机效率。 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料，是目前最先进的复合材料之一。它以其质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗腐蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，碳纤维增强复合材料在汽车方面主要是汽车骨架、缓冲器、弹簧片、引擎零件等，早在1979年，福特汽车公司就在实验车上作了试验，将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重33％，汽油的利用率提高了44％，同时大大降低了振动和噪音。 碳纤维具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等特点，可用于制造碳纤维增强聚合物、金属、陶瓷基复合材料，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。本文将简述碳纤维增强复合材料的性能特点，及其在汽车工业应用的前景和存在的问题。由于碳纤维增强复合材料的价格昂贵，严重影响其在汽车工业中的应用。因此，发展廉价的碳纤维和高效率碳纤维增强复合材料的生产方法和工艺已成为汽车轻量化材料研究中的关键课题，美国、日本等已将其列为汽车轻量化材料的研究计划。

碳纤维复合材料修订稿

碳纤维复合材料 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-

碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在 2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高35倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从 300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长

碳纤维增强复合材料用环氧树脂研究进展

碳纤维增强复合材料用环氧树脂研究进展 摘要：综述了环氧树脂的合成方法、固化方法以及改性的研究现状以及理论知 识，介绍了碳纤维增强环氧树脂复合材料的生产和性能，重点讲述了环氧树脂的改性方法。 关键词：环氧树脂；碳纤维；复合材料；改性 碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量、综合性能优异的新型纤维材料，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维作为一种高性能纤维,具有高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、抗蠕变、耐辐射、耐疲劳、导电、传热和热膨胀系数小等诸多优异性能。此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1]。碳纤维既可用作结构材料来承载负荷,又可用作功能材料。因此在国内外碳纤维及其复合材料近几年的发展都十分迅速。碳纤维的制备是有机纤维进行碳化的过程，在惰性气体中将含碳的有机物加热到3000℃左右，非碳元素脱离，碳元素含量逐步增大并最终形成碳纤维。其典型的宏观结构如图1所示。 图1 碳纤维的宏观结构 a 整体效果 b 局部效果 1891年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷合成了树脂状产物，1909年俄国化 学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物，在19世纪末20世纪初的这两个重大发现揭开了环氧树脂走向世界的帷幕。环氧树脂是一类重要的热固性树脂,是聚合物复合材料中应用最广泛的基体树脂。环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能,以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点,在胶粘剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用[2]。我国环氧树脂的研制开始于1956年，在上海、 沈阳两地首获成功，并在1958年于上海首先开始了工业化生产。到了60年代中期国内开始研究新型的环氧树脂，如脂环族环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂等种类，70年代末着手开发了元素改性环氧树脂、特种环氧树脂等诸多新品种。 经过五十余年的发展，环氧树脂的生产和应用取得了长足的进步，然而和金属等传统材料相比，我国的环氧树脂产业在生产规模、品种数量、产品质量等方面和发达国家仍有较大差距。

碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展

碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展 摘要：介绍了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的复合结构及体系特性，复合体系的机械性能和复合工艺，复合界面结构的一些表征方法及增强的机理，纤维素表面处理的一些常用方法，以及EP/CF复合材料的一些应用。 关键词：表面处理、增强机理、界面表征、复合工艺、应用 前言： 环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来，随着人们对EP/CF复合材料认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升。20世纪70年代以前，EP/CF复合材料被视为昂贵的材料，价格约为玻璃纤维(GF)增强复合材料的10倍，只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以后，CF工业和EP工业迅速发展，EP/CF复合技术不断进步，加入到EP中的CF比例不断上升，目前CF的体积分数已可达60％以上，使EP/CF 复合材料的质量提高而价格下降，拓宽了其应用领域，进一步促进了EP/CF复合材料的发展。 1. 碳纤维的表面处理 碳纤维复合材料的层间剪切强度一般较差，这是因为碳纤维与树脂之问的粘接力较差所致。为了改善碳纤维复合材料的界面粘接性能．必须对碳纤维表面进行处理。表面处理可起到以下 3种作用。第一，防止弱界面层(Weak boundary layer) 的生成。作为WBL有：①所吸附的杂质、脱模剂等；②界面层老化时形成的氧化层、水合物层等；③与基体的不充分浸润而所束缚的空气层等。第二，产生适合于粘接的表面形态，使增强材料表面生成凹凸，通过抛锚效应而提高界面粘接性能，但凹凸过多粘接也不好，所以应作适当调整。第三，改善树脂和增强材料的亲合力。例如，增强材料和树脂的极性差异很大时，在增强材料表面涂上极性中等的覆盖剂；还可以在表面上进行化学处理，导入一些官能团而提高界面粘接性能等。目前常用的表面处理方法有以下几种： l.1气相氧化法 等)中，在加温、加催化剂等特殊气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂(如空气、O 3 条件使其表面氧化生成一些活性基团(如羟基和羧基)。经气相氧化法处理的碳纤维所制成的CFRP，弯曲强度、弯曲模量、界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(IISS)等力学性能均可得到

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 姓名：黄雄班级;033122 学号：20121001839 目前，碳纤维复合材料作为一种特种纤维材料，在国内外都对其研究很多，他的一些优异性能越来越得到运用。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500t/ 年原丝、200t/ 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。从2000年开始我国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。 2009年，国内碳纤维产业多年来发展落后缓慢的局面得以改变，生产企业和投资基地都在不断增多，本行业的发展从此进入了一个全新的时期。但是与发达国家相比，我国目前的碳纤维生产能力（特别是高端产品）与国际水平还存在相当的差距：产能只占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右，大量碳纤维产品仍靠进口，真正国产化还需要一个漫长的过程。 中复神鹰自主研发的年产1000吨碳纤维生产线于2008年10月顺利投料生产，2009年产量达到550吨,产销量位居国内第一位,有效缓解了国内碳纤维的供应紧张局面；威海拓展纤维有限公司也于08年引进了一条年产1000吨碳纤维生产线并顺利投产。但与发达国家相比，我国碳纤维产业刚刚起步，在产量和高端产品品种上仍还远远 不能满足国防和国民经济建设的需要。 1.碳纤维的结构 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。 2.碳纤维的生产 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。 3.碳纤维的性能 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

碳纤维复合材料要点

碳纤维复合材料 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，使其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。 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。 被誉为"梦幻材料"的碳纤维，由于它强度高、质轻、加工性好、耐腐蚀和高模量，采用玻璃钢技术，应用于航天航空和军事、能源交通等重要领域.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。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。 现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中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