高性能碳纤维的性能及其应用_张新元

科技进展

高性能碳纤维的性能及其应用

张新元　何碧霞　李建利　张　元

(陕西省纺织科学研究所)

摘要:　探讨高性能碳纤维的性能及其应用领域。介绍了碳纤维的分类、制备、性能特征、应用以及国内

外产业发展状况,分析了国际碳纤维产业的情况和我国碳纤维产业的现状及发展趋势。碳纤维应用涉及航空航天、体育运动、一般制造业、土木建筑、能源开发等领域。随着科技的发展和碳纤维应用技术的不断完善,碳纤维产业的发展空间必将越来越广。

关键词:　碳纤维;强度;比电阻;结晶度;聚丙烯腈;碳纤维机织物

中图分类号:

T S 102.52+7.2 文献标志码:A 文章编号:1001-7415(2011)04-0065-04P r o p e r t y a n dA p p l i c a t i o no f H i g h -p e r f o r m a n c e C a r b o n F i b e r

Z h a n g X i n y u a n H e B i x i a L i J i a n l i Z h a n g Y u a n

(S h a a n x i T e x t i l e S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y I n s t i t u t e )

A b s t r a c t H i g h -p e r f o r m a n c e c a r b o nf i b e r p r o p e r t ya n d a p p l i c a t i o nw e r e d i s c u s s e d .C l a s s i f i c a t i o na n dm a n u f a c t u r e o f c a r b o nf i b e r w e r ei n t r o d u c e d ,c a r b o n f i b e r p r o p e r t y ,a p p l i c a t i o n ,d e v e l o p m e n t a t h o m ea n da b r o a dw e r e i n t r o d u c e d a s w e l l a s .T h e a p p l i c a t i o nf i e l di n c l u d e s a e r o s p a c ef i e l d ,s p o r t sf i e l d ,g e n e r a l m a n u f a c t u r i n gf i e l d ,c i v i l c o n s t r u c t i o nf i e l d a n d e n e r g y d e v e l o p m e n t f i e l de t a l .I n t e r n a t i o n a l c a r b o nf i b e r i n d u s t r y s i t u a t i o n ,c u r r e n t s i t u a t i o n a n d d e v e l o p m e n t t r e n d o f d o m e s t i cc a r b o nf i b e r i n d u s t r y w e r e a n a l y s e d .c a r b o nf i b e r i n d u s t r y d e v e l o p m e n t w o u l db e m o r ea n dm o r ew i d e l y a s t h e d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g y a n d t h e p e r f e c t i o no f c a r b o nf i b e r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y .

K e yWo r d s C a r b o nF i b e r ,S t r e n g t h ,S p e c i f i c R e s i s t a n c e ,C r y s t a l l i n i t y ,P o l y a c r y l o n i t r i l e ,C a r b o n F i b e r W o v e nF a b r i c

高性能纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐气候、耐化学试剂等特性,是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。高性能纤维品种较多,目前已规模化生产的有碳纤维、芳纶纤

维等,既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用,是性能优越的战略性新型材料。

目前,高性能纤维中碳纤维是大规模生产的一个品种,具有较高的比强度、比模量和较小的体积质量。碳纤维既具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,具有优异的力学性能,近年来被广泛应用于航空、航天、汽车、化工、能源、交通、建筑、电子、体育运动器材等领域。

1　碳纤维的制备及分类

碳纤维的制备目前是采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)做原料,将有机

作者简介:张新元(1962-),男,高级工程师,西安,710038

收稿日期:2010-12-23

纤维与塑料树脂结合在一起,放在稀有气体的环境中,在一定张力、温度、压强下,经过一定时间的

预氧化、碳化和石墨化处理等强热过程制成。碳纤维按原丝类型可分为聚丙烯腈(P A N )基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和酚醛基碳纤维4类。P A N 基碳纤维是目前制备碳纤维的第一大原料,其产量约占世界总产量的95%左右。沥青基碳纤维约占4%,粘胶基碳纤维约占1%,酚醛基碳纤维尚处于实验室研究,未形成产业化。

碳纤维按形态可分为长丝、短纤维和短切纤维。长丝应用在工业结构件和宇航结构件中,短纤维主要应用在建筑行业,如短碳纤维石墨低频电磁屏蔽混凝土、工业用碳纤维毡等。碳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1000M P a 、模量为100G P a 左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000M P a 、模量250G P a )和高模型(模量300G P a 以上)。强度大于4000M P a 的又称为超高强型;模量大于450G P a 的称为超高模型。

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。小丝束以1K 、3K 、6K 为主,逐渐发展为12K 和24K ;大丝束在48K 以上,包括60K 、120K 、360K 和480K 等。

2　碳纤维的性能特征

碳纤维的抗拉强度一般都在3500M P a (1.2N /t e x ～1.9N /t e x )以上,比钢材(0.35N /t e x )

大4倍～5倍,比强度为钢材的10倍左右,高模碳纤维抗拉强度比钢材大68倍左右。碳纤维的弹性模量在230G P a 以上,比钢材(200G P a )大1.8倍～2.6倍。日本东丽的高强型T 1000系列碳纤维,其模量为295G P a ,强度达7.05G P a ,而高强高模M 55J 型碳纤维,模量达540G P a ,强度为4.02G P a 。碳纤维的体积质量为1.50g /c m 3

～

2.16g /c m 3,相当于钢材(7.8g /c m 3

)的l /4、铝合金体(2.72g /c m 3

～2.82g /c m 3

)的1/2,钛合金(4.5g /c m 3

)的1/3,即便是制作成复合材料,其

体积质量仅为1.70g /c m 3

左右。

碳纤维性能独特,例如其热膨胀系数较小,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。同时碳纤维导电性好,25℃时高模量碳纤维电阻率为

7.75×10-2

Ψ·m ,高强度碳纤维为1.5×10

-1

Ψ·m 。碳纤维耐高温和低温性也较

好,在3000℃非氧化环境下不融化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,不脆化;在600℃高温下

其性能保持不变,在-180℃低温下仍很柔韧。

碳纤维的耐酸性较好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等腐蚀,此外还耐油、抗辐射、抗放射,具有吸收有毒气体和使中子减速等特性。碳纤维的可加工性能较好,由于碳纤维及其织物质量轻又可折可弯,可适应不同的构件形状,成型较方便,可根据受力需要黏贴若干层,而且施工时不需要大型设备,也不需要采用临时固定,而且对原结构又无损伤。不同品种,高模、高强碳纤维的性能如表1所示。

表1　不同品种高模、高强碳纤维的性能项目牌号抗拉强度

/G P a 拉伸模量

/G P a 断裂伸长

/%热膨胀系数

/K -1导热率

/W·(m ·K )-1

电阻率/Ψ·m 体积质量/g ·c m -3

美国聚丙烯腈基美国聚丙烯腈基日本聚丙烯腈基日本聚丙烯腈基日本聚丙烯腈基中国聚丙烯腈基

G Y -70G Y -80M 40M 50M 60J B H M 3

1.861.86

2.742.45

3.923.20

517527392490588400

0.360.320.60.50.70.8

-1.1×10-6

　-1.2×10-6

　-0.9×10-6

142

　858975　

6.0×10-6

　8.0×10-68.0×10-68.0×10-6

1.92　1.811.911.941.83

3　碳纤维的应用

目前,已经成熟的碳纤维应用形式有四种,即碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料坯和切短纤维。碳纤维织物是碳纤维重要的应用形式。碳纤

维织物可分为碳纤维机织物、碳纤维针织物、碳纤维毡和碳纤维异型织造织物。碳纤维主要以“缠绕成形法”应用为主。碳纤维织物主要以“树脂转注成形法(R T M 也称真空辅助成型工艺)”应用为主。预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列或碳纤维织物经树脂浸泡,加热和塑化,使其转化成片状的一种产品。切短纤维是指将P A N 基碳纤维长丝切成数毫米长的短纤维,与塑料、金属、橡胶等材料进行复合,以增加材料的强度和耐

磨性。目前,国内碳纤维织物的应用形式主要以

碳纤维机织物为主。由于碳纤维轴向经编增强体

中碳纤维完全平行伸直排列,纤维取向度高,纤维

特性可以得到充分利用。目前国际市场的碳纤维应用形式逐渐向碳纤维轴向经编织物转变。随着碳纤维生产应用技术的不断提高,碳纤维的应用领域越来越广。3.1　航空航天领域

碳纤维复合材料广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天领域。碳纤维由于其质量小,所以动力消耗少,可节约大量燃料。例如2007年问世的A 380超大型飞机,复合材料比重占25%左右,百公里油耗不到3L /人;2008年的B 787飞机用复合材料占50%左右;将在2013年面世的A 350超宽客机,复合材料比重将达52%左右,预计百公里油耗只有2.5L /人,几乎可与小汽车媲美。我国C 919飞机提出了复合材料不

低于25%的目标,每架飞机用碳纤维约8t ～10t 。

专家预测:到2020年,只有复合材料才有潜力使飞机获得20%～25%的性能提升,复合材料将成为飞机的基本材料,用量将达到65%。

碳纤维增强树脂基复合材料也是生产武器装备的重要材料。在战斗机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,可以起到明显的减重作用,较大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能,可比金属结构减轻质量31.5%左右,减少零件61.5%左右,减少紧固件61.3%左右。目前,国外第四代军用飞机的结构重量系数已达到27%～28%。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T 300级和T 700级小丝束碳纤维增强的复合材料。全球航空航天领域碳纤维用量统计如表2所示。

表2　全球航空航天领域碳纤维用量统计年份用量/t 增长率/%2002200320042005200620072008

10134117141196011480122261325313412

111.9111.6102.196.1106.5108.4101.2

3.2　体育运动领域

碳纤维最早的商业化应用就是体育运动休闲

产品市场。多年来,碳纤维在高尔夫球杆中的使用一直居首位,年产量约为3400万件,美国和日本是高尔夫球棒的主要消费地,占80%以上。碳纤维在曲棍球棍和自行车架中的应用也逐年增多。而在球拍、钓鱼竿、滑雪板、帆板桅杆、帐篷杆及棒球球棒等产品中同样也看到碳纤维的身影。2003年和2004年世界碳纤维总消耗量分别为19210t 和20680t ,而用于体育休闲用品的碳纤维就超过5000t ,占世界碳纤维总消耗量的25%左右。

3.3　一般制造业领域

在一般工业制造领域中,碳纤维材料现已成为汽车制造商青睐的材料。目前,碳纤维复合材料传动轴、刹车片、尾翼和引擎盖已经在汽车行业中被广泛应用。福特和保时捷G T 型赛车发动机

罩,奔驰57S 型轿车内装饰,通用雪佛莱轿车底

盘,宝马M 6型轿车顶篷,梅赛德斯-奔驰的S L R

迈凯轮超级跑车整个车身,法国标致的308R CZ 概念新车都已采用了碳纤维复合材料,使汽车更加轻量化。随着环保要求的提高,碳纤维开始被广泛应用于汽车尾部沸腾器、发动机、传动轴和燃料箱材料。在工业领域,碳纤维还可应用于机器部件、家用电器、微机及与半导体相关设备,起到提高材料强度、防静电和电磁波防护的作用。3.4　土木建筑领域

碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强,具有密度小,强度高,耐久性好,抗腐蚀能力强,可耐酸、碱等化学品腐蚀,柔韧性佳,应变能力强的特点。用碳纤维管制作的桁梁构架屋顶,比钢材轻50%左右,使大型结构物达到了实用化的水平,而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外,碳纤维做补强混凝土结构时,不需要增加螺栓和铆钉固定,对原混凝土结构扰动较小,施工工艺简便。3.5　能源开发领域

随着人类环保意识的提高,大型风力发电产业正迅速兴起。为提高风力发电机叶片的捕风能力,轻质高强、耐久性好的玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料结构成为目前大型风力发电机叶片的首选材料。尤其在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位应使用碳纤维不仅可提高叶片的承载能力,还可因碳纤维具有导电性而有效避免雷击对叶片造成的损伤。

预计未来五年,风能发电的市场需求将以每年15%～20%的速度增长。风能发电成本相对低廉,已成为人类开发新能源的重要领域。美国能源信息管理部2006年报告称,风力发电成本为0.0558美元/k W ·h ,天然气发电成本为0.0525美元/k W ·h ,煤电为0.53美元/k W ·h ,核电为0.593美元/k W·h 。1980年风电成本为0.8美元/k W·h ;1991年降为0.1美元/k W·h ,可见风能发电具有显著的成本优势。

4　国内外碳纤维产业现状及其发展趋势

4.1　国际碳纤维产业的概况

碳纤维的研发始于19世纪60年代,但未形

成产业化。20世纪50年代初,随着空间技术的发展,发达国家开始重视碳纤维的研究,20世纪

60年开始了碳纤维的研发工业化生产技术,20世纪70年代实现了工业化生产。在21世纪,碳纤维进入了蓬勃发展的新阶段,生产国也由原来仅限于少数发达国家扩展到十多个国家和地区。但核心技术仍被发达国家掌握,如碳纤维领域中日本东丽、日本帝人、我国台湾省台塑集团,美国S G L、H E X C E L、Z O L T E K等,均有规模化生产。

碳纤维复合材料是国防军工和现代工业产业升级与产品更新换代所必须的关键材料。2001年全球碳纤维消耗量为17900t左右;2005年达21920t;2006年24190t,2008年27740t,预计2010年需求量将会增加到50000t,2011年达到58000t,2012年达到68000t。目前,航空航天业仍然是碳纤维消费的最大市场,占据了市场份额的21%,而且价格相对较高。在其他的应用领域,产业应用占15%左右、体育用品占l4%左右、风能发电占11%左右、汽车工业占10%左右、电子工业占9%左右、石油和天然气业占8%左右、建筑业占8%左右、海洋业占4%左右。

4.2　我国碳纤维产业的现状及发展趋势

进入21世纪以来,碳纤维产业在我国发展迅速。到2010年我国计划建成的年产能千吨级以上的碳纤维厂家有十多家,碳纤维总产能原丝可达7100t,碳纤维2750t,产量400t,产品规格为1K、3K、6K、12K。但我国的碳纤维质量不稳定,毛丝率较多,产品规格较少,性能仍有待提高。为适应民用需求,应加强产品均匀稳定化的改进。另外我国碳纤维尚不能满足高性能C F的急需,如高强型T700、T800,高强高模型如M55J等产品。

尽管我国碳纤维生产发展相对缓慢,但消费量却一直在逐渐增加,市场需求旺盛。据统计, 1996年消耗量为580t,1997年为700t左右, 2000年为1200t,2001年为1500t,2002年已超过2000t,2003年3000t,2004年4000t,2005年和2006年我国碳纤维的需求量为5000吨, 2010年已突破5000t达到7800t。其主要用途包括体育器材、一般工业和航空航天等,其中体育休闲用品的使用量最大,占消费量的80%～90%。

5　结束语

碳纤维是一多学科、跨行业的特殊精细化工产品,国外已实现了其商业化的生产。在我国碳纤维正处于研制、生产和应用阶段,为开发碳纤维顶级新产品,目前要完善碳纤维生产工艺,减少毛丝,稳定产品质量,以利于传统工业制品材料的更新换代。同时,抓紧制订大丝束碳纤维力学性能的国家标准测试方法,重视原丝的油剂、碳纤维和石墨纤维的上胶剂等辅助材料的研制,统一制订控制碳纤维关键质量指标的测试方法,如取向度、结晶度、原丝油剂残存量、毛丝率等,大力开发各种复合材料制品,拓宽其应用领域,满足市场发展需求。

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碳纤维的特性及应用

碳纤维的特性及应用 碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点，归纳如下： 一、轻质、高强度、高模量 碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5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、运动器材等。 二、热膨胀系数小 绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃时为零，在小于1000℃时为1.5×10-6/K。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。 三、导热性好 通常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。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。 四、耐化学腐蚀性好 从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广。 五、耐磨性好 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，已作为飞机和汽车的刹车片材料。 六、耐高温性能好 碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。 七、突出的阻尼与优良的透声纳 利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等。 八、高X射线透射率 发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。 九、疲劳强度高 碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。

高流动性PA 6超细纤维的制备及其性能研究

研究与开发 合成纤维工业，２０１７，４０（２）：３４ＣＨＩＮＡ　ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ　ＦＩＢＥＲ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ 收稿日期：２０１６－ １２－１９；修改稿收到日期：２０１７－０２－０７。作者简介：陈忠海（１９６３—），男，高级工程师，主要从事高分子材料的开发及推广应用。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｚｈｏｎｇｈａｉ１９９６＠ｃｓｒｚｉｃ．ｃｏｍ。 高流动性PA 6超细纤维的制备及其性能研究 陈忠海１ ，刘玉峰１ ，胡天辉１ ，刘跃军２ ，邓如生 １ （１．株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲４１２００７；２．湖南工业大学，湖南株洲４１２００７）摘　要：采用自制的高流动性聚己内酰胺（ＨＰＡ６）、普通聚己内酰胺（ＰＡ６）、低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）为原 料，通过共混纺丝法分别制备ＨＰＡ６／ＬＤＰＥ定岛纤维和ＨＰＡ６／ＰＡ６／ＬＤＰＥ不定岛纤维，溶解去除ＬＤＰＥ，得到一系列ＨＰＡ６超细纤维；研究了ＨＰＡ６的可纺性及其超细纤维的线密度、力学性能、染色性能等。结果表明：由于ＨＰＡ６在纺丝温度下较好的流动性和高支化结构及大量末端基团，ＨＰＡ６可纺性良好；ＨＰＡ６／ＬＤＰＥ质量比为７０／３０时，１５７．４ｄｔｅｘ／３６ｆＨＰＡ６超细纤维断裂强度为３．８５ｃＮ／ｄｔｅｘ，断裂伸长率为１４％，染色深度为１．８０９，色牢度达５级；ＨＰＡ６超细纤维的力学性能和染色性能优异，与ＰＡ６超细纤维性能相当，可拓展其在纤维领域的应用。 关键词：聚己内酰胺纤维　高流动性　超细纤维　海岛结构　共混纺丝 中图分类号：ＴＱ３４２＋． １１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－００４１（２０１７）０２－００３４－０４ 超细纤维通常是指单丝线密度在０．５５ｄｔｅｘ以下的纤维 ［１］ 。因直径小、比表面积大，超细纤 维及其制品的手感柔软性、蓬松性、保暖性、清洁性、覆盖性明显优于其他纤维，同时具有良好的防水透气效果与抗皱性能，因此，在高档织物、皮革、过滤材料、医疗防护用品等领域得到广泛应用。超细纤维的生产方法有超拉伸法、静电纺丝法、海岛复合纺丝法 ［２－３］ 。海岛复合纺丝法是指通过共 混纺丝制备海岛纤维，再通过溶解去除连续相（海相）成分得到由分散相（岛相）形成的超细纤维的制备过程，在推动聚酯（ＰＥＴ）和尼龙（ＰＡ６）纤维实现超细化进程中得到广泛应用。 ＰＡ６树脂因其良好的力学性能及较宽的加 工温度范围而广泛应用于机械、化工、汽车、纺织等领域。高流动性ＰＡ６（ＨＰＡ６）由于其高度支 化的三维球状结构及丰富的末端化学基团，不仅具有优异的流动性、易成型、对玻璃纤维等的完善浸渍与对填充物的高度分散性等优点，同时保持良好的力学性能 ［４］ ，具有广阔的应用前景。但目 前关于ＨＰＡ６的报道集中在ＨＰＡ６的阻燃、增强和增韧改性，以及其在电子电器、汽车与轨道交通轻量化方面的应用［４－７］ ，ＨＰＡ６在超细纤维方面 的应用鲜有报道。 作者通过ＨＰＡ６与低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）共混纺丝制备了以ＬＤＰＥ为海相，ＨＰＡ６为岛相的超细纤维原丝，经二甲苯溶解去除ＬＤＰＥ后得到 ＨＰＡ６超细纤维，研究了ＨＰＡ６在超细纤维应用 中的可纺性，并对制备的ＨＰＡ６超细纤维的线密 度、力学性能和染色性与普通ＰＡ６超细纤维进行了对比研究。 1　实验1．1　原料 ＨＰＡ６切片：牌号ＸＣ０１０，株洲时代新材料科技股份有限公司产；普通ＰＡ６切片：牌号Ｍ３２８０，广东新会美达锦纶股份有限公司产；ＬＤＰＥ树脂：牌号１１５０Ａ，中石化北京燕山石油化工股份公司产；染料：雅格赛特，上海雅运集团产；二甲苯：分析纯，市售。1．2　主要仪器与设备 熔法纺丝机：北京服装学院制；纺织机：福建华阳超纤有限公司制；ＭＥ６００光学显微镜：日本尼康公司制；Ｓ－２１５０扫描电镜（ＳＥＭ）：日本日立公司制；ＤａｔａｃｏｌｏｒＳＦ６００Ｐｌｕｓ测色配色系统：Ｄａｔａ－ｃｏｌｏｒ公司制。1．3　HPA6超细纤维及其织物的制备 首先将干燥的ＰＡ６（Ｍ３２８０或ＸＣ０１０）切片与ＬＤＰＥ按照一定的比例配合，并进行熔融共纺，得到相应的海岛型纤维，再经上油、拉伸（拉伸倍数为２．５）、二甲苯溶解剥离、卷曲、干燥定型及切断得到相应的ＰＡ６或ＨＰＡ６超细纤维。 万方数据

碳纤维的性能与应用论文

碳纤维的性能与应用 系别：食品化工系 专业纺织品检验与贸易 班级：级纺检 学生姓名： 指导教师： 完成日期：

碳纤维的性能与应用 第1页共19 页 河南质量工程职业学院毕业设计（论文）任务书

碳纤维的性能与应用 第2页共19 页目录 摘要 (3) Abstract (4) 绪论 (5) 1 碳纤维的定义及其分类 (6) 1.1 什么是碳纤维 (6) 1.2 分类 (6) 2 碳纤维的制造 (6) 3 碳纤维的性能 (7) 3.1 碳纤维的优良特性 (7) 3.1.1 在纤维轴向方向显示高抗拉强度和高弹性模量 (7) 3.1.2 密度小 (7) 3.1.3 纤维细 (7) 3.1.4 不生锈、耐腐蚀 (7) 3.1.5 即耐低温,又耐高温 (7) 3.1.6 耐温度骤变，热膨胀系数小 (8) 3.1.7 常温下导热性能良好，高温下导热性能低 (8) 3.1.8 突出的导电性能 (8) 3.1.9 优良的吸附性能 (8) 3.1.10 具有耐辐射，能反射中子等特性 (9) 3.2 碳纤维的缺点 (9) 3.2.1 比较脆，怕受压和剪切 (9) 3.2.2 抗氧化性差 (9) 3.2.3 破坏前无预报 (9) 4 碳纤维的应用 (10) 4.1 碳丝 (10) 4.2 碳纤维毡和碳素短纤维 (10) 4.3 碳纤维织物 (10) 4.4 活性炭碳纤维 (10) 5 碳纤维的发展前景 (10) 6结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)

碳纤维的性能与应用 摘要 碳纤维是一种新型材料，本文主要阐述了碳纤维的分类、生产制造等，碳纤维的高强度、高模量、耐高温等主要特性，及在各行业中的应用，并对其近年来的市场前景的展望，使人们对其有一定的了解。（可以说的详细些，让别人看了摘要就知道你本篇论文写了那些东西） 关键词：新型碳纤维应用 第3页共19 页

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。

碳纤维材料性能及应用

碳纤维材料的性能及应用 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。 碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。另外，碳纤维是指含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。 性能特点： 碳纤维的比重小，抗拉强度高，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。总之，碳纤维是一种力学性能优异的新材料。 应用领域： 用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化（在3800K以上升华），而在各种溶剂中都不溶解，所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化：在惰性气氛中加热至1200-1600度，维持数分至数十分钟，就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气。C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至2000-3000度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。碳纤维有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数），一般仅约为19克；拉力高达300KG/MM2；还有耐高温、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用。这种增强塑料比钢、玻璃钢更优越，用途非常广泛，如制造火箭、宇宙飞船等重要材料；制造喷气式发动机；制造耐腐蚀化工设备等。羽毛球：现在大部分羽毛球拍杆由碳纤维制成。【碳纤维】carbon fibre 含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含

超细纤维的整理技术

超细纤维的整理技术 超细纤维，又称微纤维，细旦纤维，极细纤维。成份主要有绦纶、锦纶两种构成。一般化学纤维的纤度（即粗细）多在1.11～15旦之间，直径大约10～50微米，我们通常所讲的超细纤维的纤度在0.1～0.5旦之间，直径小于5微米，其纤维细度是头发丝的1/200，是普通化学纤维的1/20，纤维强度是普通纤维的5倍（耐用性），吸附能力，吸水速度和吸水量是普通纤维的7倍。 1.历史发展： 纤维超细化的源流可上溯到40年代仿羊毛纤维二相结构的双组份复合纤维（共轭纤维）的人造丝时代。最先利用合成纤维成功地使复合纤维实用化的依然是美国的杜邦公司。该方法利用并列复合使纤维产生自卷曲。 1962-1965年间，日本东丽、钟纺、帝人、可乐丽等公司利用各自的方法开发出多层结构化的特殊纺丝法和剥离法，成功地制造出各具特色的超细纤维。例如，多芯型、木纹型、放射型、中空放射型等各种复合纤维被开发出来。 进入70年代后期，利用超细纤维的仿真丝织物和超高密度织物不断出现，东丽公司通过分析天然纤维从中受到启发，开发出制造细长达到极限、并且非常均匀的纤维技术。用该技术制造的纤维称之为高分子相互排列纤维。当时该纤维受到本国内的好评，而且数年后在巴黎国际展览会上获得很高的评价。 进入80年代以后，超细纤维良好的特性受到大众的欢迎，形成今日的人造麂皮热。到了90年代后，国际上诸多公司纷纷推出聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈以及聚丙烯等细旦长丝。同时也出现了"细旦纤维"、"微细纤维"、"超细纤维"等名词，然而至今国际上尚无有关细旦纤维的统一定义。 近些年来，日本化纤行业普遍将单丝线密0.3dtex的纤度低于维称为超细纤维。另外，由于超细纤维与已发展成为未来纤维工业竞争力之重大指标，加之由于复合超细纤维具有不同于常规纤维的性能，从而使其制品有许多异乎寻常的特性，并因此跨入众多的应用领域。 目前世界纤维主要产品中以超细纤维最受瞩目，现在主要生产超细纤维之国家及地区，应该为日本、美国、西欧。 2.超细纤维的分类： （1）分裂片型：一般都是两组份长丝，用来做纺织面料，然后再在机械力（一般都是水刺法）或化学法（碱液处理）开纤，使得纤维细化，得到细密的绒感。 （2）海岛型：一般都做成无纺布，然后含浸PU树脂再进行开纤，一般是用来做运动鞋皮料的。海岛纤维是将一种聚合物分散于另一种聚合物中，在纤维截面中分散相呈“岛”状态，而母体则相当于“海”，从纤维的横截面看是一种成分以微细而分散的状态被另一种成分包围着，好像海中有许多岛屿。其“岛”与“海”成分在纤维的轴向上是连续、密集、均匀分布的。在生产过程中，它具有常规纤维的纤度，但是用溶剂把“海”成分溶掉，则可得到集束状的超细纤维束。 一般性能： （1）柔软的手感：纤维的断面惯性矩随直径的4次方而变小，纤维越细，越柔软，所以海岛型纤维比普通纤维纺织品要柔软的多。

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、

碳纤维性能的优缺点及其对策

碳纤维性能的优缺点及其对策 现面以结构加固用的碳纤维布为例说明碳纤维的性能： 碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。 1、碳纤维介绍 碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。 2、环氧树脂 不同类型的树脂还可以保证其对砼具有良好的渗透作用，例如底涂树脂；以及对碳纤维片与砼结构的粘接作用，例如环氧粘结树脂等。 （1）环氧树脂简介 仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于"透"过碳纤维片，有很强的粘结力。依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。 2、碳纤维材料与其他加固材料对比 （1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。 （2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。 （3）疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。 （4）重量：约为钢材的五分之一。 （5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。

碳纤维导线的特性及应用

碳纤维导线的特性及应用 韩国聚1赵功展2齐文灿1、2 (1.平顶山电力设计院；2.平顶山供电公司；河南平顶山市，467001） 摘要：主要论述了碳纤维导线的特性及在老线路改造工程中的应用。 关键词：碳纤维导线特性拐点 ACCC/TW ACSR Properties and Applications of Aluminum Conductor Composite Core HAN Guo-ju et al (Pingdingshan Electric Power Design Institute, Pingdingshan467001,Henan Province,China) Abstract: This paper discusses the characteristics of Aluminum Conductor Composite Core and the transformation of the old-line engineering Keywords:Aluminum Conductor Composite Core Features Knee ACCC/TW ACSR 0引言 随着我国电力需求的不断增长，许多电力线路面临增容的压力。线路增容最经济的办法之一是利用原有杆塔只更换导线。而利用原有杆塔的前提条件是，更换的导线荷载不能超过原有杆塔的设计条件。为此，新更换的导线一般不能采用普通的钢芯铝绞线ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced),而是采用新型的增容导线。这种新型导线一般具备这样三个特点：一是弧垂随温度的变化小；二是质量轻、外径小；三是具有输送大电流的能力。而碳纤维复合芯软铝绞线（以下简称碳纤维导线）ACCC/TW(Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal Wire)是典型的品质优良的增容导线品种之一。 1.碳纤维导线的结构 碳纤维导线ACCC/TW的结构独特，内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。碳纤维复核芯承担导线总的力学性能，具有强度高、密度小、膨胀系数小、耐腐蚀等特点。外层软铝具有导电率高、电阻小、自阻尼性能强的特点。碳纤维复合芯与软铝线绞制而成的导线，便具有优良的性能：导线重量轻，电阻小，表面光滑不易舞动，拉力质量比大，弧垂随温度的变化小等[1]。因此，可作为电力部门老旧线路改造、电力增容导线使用。其结构如图1-1所示。 外层软铝 碳纤维复核芯 图1-1碳纤维导线结构 2.碳纤维导线的特性 2.1.抗拉强度高 目前各设计院广泛采用的钢芯铝绞线基本上仍为GB1197-83标准中的型式，该标准导线中使用的钢芯绞合后强度为1244N/mm2，而碳纤维导线ACCC/TW的复合芯抗拉强度最小值可

大丝束碳纤维复合材料力学性能研究

第２８卷第６期２００３年１２月高斟拉纤维与应用 Ｈｊ妇ｈ Ｆｉｂｅｒ＆ＡｐｐＪｉｃ州ｏｎ Ｖ０１．２８．Ｎｏ．６ Ｄｅｃ。２００３ 大丝束碳纤维复合材料力学性能研究 刘宝锋１，陈绍杰‘，李佩兰１ （１．北京航空材料研究院，北京１０００９６；２．沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳ｌｌ００３５） 摘要：本文研究了大丝柬碳纤维（４８Ｋ）复合材料的常规力学性能及耐湿热性能，并与小韭束碳纤维（髓００。３Ｋ）复合材料进行了对比，研究结果可为太丝束复合材料在航空器的次承力件或非承力件的应用提供技术基础．关键词：大丝束碳纤维（４８Ｋ）：复合材料；力争】生能 中图分类号：Ｔ０３”３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－９８１５（２００３）０６删８．０４ 刖舌 由于大丝束碳纤维（≥４８Ｋ）具有价格低、来源容易、性能与１２Ｋ碳纤维相当等优点，其复合材料在钓鱼竿、高尔夫球杆、建筑补强、天然气储罐、医疗器械等方面应用广泛”…，随着大丝束碳纤维价格的进一步降低，其应用领域将不断扩大。 目前，航空航天领域所用复合材料主要使用３Ｋ—１２Ｋ碳纤维，还未见有大丝束碳纤维在此领域应用的报道。它能否在航空航天领域应用的关键决定于其复合材料的力学性能及其稳定性。 本文结合实际科研工作，利用自行研制的高温固化（１８０℃）树脂体系５２２２Ｂ和国外进口的４８Ｋ碳纤维制成预浸料，并对复合材料层合板力学性能进行了研究。测试了大丝束复合材料单向板和多向板的拉伸、压缩、弯曲、剪切性能及湿热老化性能，并与小丝束碳纤维（Ｔ３００—３Ｋ）复合材料的相应性能进行了对比，将为大丝束碳纤维复合材料在航空航天领域的应用提供技术依据。 １实验部分 １．１主要原材料 ５２２２Ｂ高温固化改性环氧树脂体系，浅黄色粘稠体，靠为２２２℃，北京航空材料研究院自行 研制。 ＰＡＮＥｘ３３．４８Ｋ碳纤维，性能见表ｌ，美国ｚｏＬＴＥＫ公司制造。 １．２试验方法 （１）预浸料树胎含量或面密度，按ＧＢ厂ｒ７１９２．１９８２进行。 （２）拉伸性能，按ＧＢ厂ｒ３３５４—１９８２进行。 （３）压缩性能，按ＧＢ／Ｔ３８５６－１９８３进行。 “）面内剪切强度、模量，按ＧＢ厂ｒ３３５５．１９８２进行。 （５）弯曲性能，按ＧＢ厂ｒ３３５６．１９８２进行。 （６）层问剪切强度，按ＪＣ厂ｒ７７３．１９８２（１９９６）进行。 １．３制备大丝束碳纤维预浸料 先用１．２２ｍ热熔胶膜机制备３２０ｍｍ幅宽、外观均匀平整的５２２２Ｂ树脂胶膜，然后将胶膜再与４８Ｋ碳纤维在１．２２ｍ热熔预浸机上进行复合浸渍，通过调整预浸温度、压力、速度、纤维张力等工艺参数，制出幅宽３００ｍｍ的４８Ｋ碳纤维预浸料，其纤维面密度为（１３０±５）ｇ，秆，预浸料树脂质量分数。为（３８±３）％，预浸料外观均匀、平整、无干纱。 １．４制备大丝束复合材料层压板 将１６层的４８Ｋ碳纤维预浸料按Ｏ。方向铺贴成单向板；将２０层４８Ｋ碳纤维预浸料按ｆ４５。／Ｏ。＾４５。／９０。／４５。／０。／－４５。／０。／４５。／－４５。ｌ。铺贴成多向板后，分别在热压机上模压成型。所制 收稿日期：２００３－ｌｌ—１２；修定日期：２∞３－１２一０５ 作者简介：刘宝锋【１９６７一），男，高级工程师，主要从事复合材料树脂基体及预浸料研制开发工作．

碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡

第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

常用尼龙性能及应用

尼龙(Nylon,Polyamide,简称PA)是指由聚酰胺类树脂构成的塑料。此类树脂可由二元胺与二元酸通过缩聚制得，也可由氨基酸脱水后形成的内酰胺通过开环聚合制得，与PS、PE、PP等不同，PA不随受热温度的升高而逐渐软化，而是在一个靠近熔点的窄的温度范围内软化，熔点很明显，熔点：215-225℃。温度一旦达到就出现流动。 除透明尼龙外，其它尼龙都属于结晶性塑料，有较高的熔点，熔融温度范围较窄，热稳定性不好。PA较易吸湿，潮湿的尼龙在成型过程中，表现为粘度急剧下降并混有气泡制品表面出现银丝，所得制品机械强度下降，所以加工前材料必需干燥处理，可在80-110℃干燥6小时，成型时允许含水量尼龙6和尼龙66为0.1%，尼龙11为0.15%，尼龙610为0.1-0.15%，最高不得超过0.2%。注意，PA类塑料在90℃以上干燥易引起变色。 PA流动性好，易溢料，宜用自锁时喷嘴，并应加热。同时由于溶体冷凝速度快，应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象。模具溢边值0.03，而且熔体粘度对温度和剪切力变化都比较敏感，但对温度更加敏感，降低熔体粘度先从料筒温度入手。成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔，变形等。 PA再生料的使用最好不超过三次，以免引起制品变色或机械物理性能的急剧下降，应用量应控制在25%以下，过多会引起工艺条件的波动，再生料与新料混合必须进行干燥。 开机时应首先开启喷嘴温度，然后再给料筒加温，当喷嘴阻塞时，切忌面对喷孔，以防料筒内的溶体因压力聚集而突然释放，发生危险。在停机时要清空螺杆，防止下次生产时，扭断螺杆。 使用少量的脱模剂有时对气泡等缺陷有改善和消除的作用。尼龙制品的脱模剂可选用硬脂酸锌和白油等，也可以混合成糊状使用，使用时必须量少而均匀，以免造成制品表面缺陷。 尼龙制品的后处理是为了防止和消除制品中的残留应力或因吸湿作用所引起的尺寸变化。后处理方法有热处理法和调湿法两种。 a).热处理常用方法在矿物油、甘油、液体石蜡等高沸点液体中，热处理温度应高于使用温度10-20℃，处理时间视制品壁厚而异，厚度在3mm以下为10-15分钟，厚度为3-6mm时间为15-30分钟，经热处理的制品应注意缓慢冷却至室温，以防止骤冷引起制品中应力重新生成。 b).调湿处理调湿处理主要是对使用环境湿度较大的制品而进行的，其办法有两种：一沸水调湿法，二醋酸钾水溶液调湿法（醋酸钾与水的比例为1.25:1,沸点121℃）,沸水调湿法简便,只要将制品放置在湿度为65%的环境下,使其达到平衡吸湿量即可,但时间较长,而醋酸钾水溶液调湿法的处理温度为80-100℃醋酸钾水溶液调湿法,处理时间主要取决制品壁厚,当壁厚为1.5mm时约2小时,3mm 为8小时,6mm为16-18小时. 常用尼龙介绍 1、尼龙6 学名：聚已内酰胺{[NH(CN2)5CO]n}，英文名polycaprolactam,简称PA6。化学和物理特性 PA6是半透明或不远明乳白色结晶形聚合物。燃烧成蓝底黄火焰，烧植物味。熔融温度较PA66低，加工性能比其他PA好。制件有较高冲击强率，载荷分散性、柔软性好，热塑性、轻质、韧性好、耐耐环己酮和芳香溶剂和耐久性好工作温度

活性碳纤维的特性

活性碳纤维的特性 1) 吸附量大 活性碳纤维对有机气体及恶臭物质（如正丁基硫醇等）的吸附量比粒状活性炭（ GAC ）大几倍至十几倍。对无机气体也有较好的吸附能力。对水溶液中的无机物、染料、有机物及贵金属的吸附量比 GAC 高 5 — 6 倍。对微生物及细菌也有很好的吸附能力（如对大肠杆菌的吸附率可达 94 — 99% ）。对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。如对于吸附质的浓度在几 ppm 级时仍可保持很好的吸附量，而 GAC 等吸附材料往往在几十ppm浓度时才有良好的吸附能力。 2) 吸附速度快 对于从气相中吸附气态污染物的吸附速度非常快，对液体的吸附也可很快达到吸附平衡，其吸附速率比 GAC 高数十倍至数百倍。 3) 再生容易，脱附速度快 在多次吸附和脱附过程中，仍能保持原有的吸附性能。如用 120-150 ℃蒸汽或热空气再生处理 ACF 10-30 分钟即可达到完全脱附。 4) 耐热性好 在惰性气体中可耐高温 1000 ℃以上，在空气中的着火点高达 500 ℃以上。 5) 耐酸、耐碱，具有较好的导电性能和化学稳定性。 6) 灰份少。 7) 成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态。 活性碳纤维的介绍 一般传统上所使用的活性炭可分为粉末状活性炭（AC）和颗粒状活性炭(GAC)，上世纪六十年美、日、俄等国家相继研发出第三种形态的活性炭称为活性碳纤维（ Activated Carbon Fibers, /ACF ）。国内在七十年代末八十年初, 也研发出活性碳纤维。因为活性炭纤维其表面遍布微孔，以及可经二次加工，成为不同形态的毡及布状的材料，与传统的颗粒炭相比，具有较快的吸附、脱附的速度和更便利的操作维护等优点 活性碳纤维（以下简称ACF）的诞生在整个环保产业是一场革命。ACF是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与社会上公认的比较好的吸附材料颗粒状活性炭相比，ACF具有以下显著的的特点：（一）、比表面积大，有效吸附量高。由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近

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、

莫代尔性能特点及应用(DOC)

广东职业技术学院 毕业综合实践报告 题目：莫代尔性能特点及应用 专业：现代纺织技术 班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间：

莫代尔也叫木代尔，两者都是同一样产品，都是服装的一种面料。莫代尔纤维的原料是产自欧洲的灌木林，制成木质浆液后经过专门的纺丝工艺制作而成，是一种纤维素纤维，所以与棉一样同属纤维素纤维，是纯正的天然纤维。莫代尔是一种纯天然植物提炼的面料，被誉为"21世纪绿色环保面料"，莫代尔（modal）纤维是由山毛榉木浆粕制成。浆粕的产生和纤维的产生是在对环境无大量污染的情况下进行的，所以是一种新型绿色纤维科技产品。莫代尔纤维的诸多特点，使得它具备独特的魅力，其它在纺织面料纤维中占有重要的一席之地。 关键词：莫代尔，绿色纤维，生产要点，混纺，起毛起球性，

1.莫代尔面料的特性............................. 错误！未定义书签。 1.1莫代尔的优点 (1) 2.莫代尔纤维的主要性能......................... 错误！未定义书签。 2. 1 化学组成 (1) 2. 2 分子结构 (2) 2.3 物理性能 (2) 2. 4 机械性能 (3) 2. 5 其他性能 (3) 3.莫代尔的可用特点及应用 (4) 3.1莫代尔的可用特点 (4) 3.2莫代尔的应用 (4) 3.2.1 莫代尔可洗天鹅绒 (4) 3.2.3 混纺 (5) 3.2.4莫代尔/棉提花织物 (6) 4.论及尚存在的问题 (7) 致谢........................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (8)

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。

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

碳纤维特性

碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。 用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化（在3800K 以上升华），而在各种溶剂中都不溶解，所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。上前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化：在惰性气氛中加热至1200-1600度，维持数分至数十分钟，就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气。C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至2000-3000度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。碳纤维有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数），一般仅约为19克；拉力高达300KG/MM2；还有耐高温、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用。这种增强塑料比钢、玻璃钢更优越，用途非常广泛，如制造火箭、宇宙飞船等重要材料；制造喷气式发动机；制造耐腐