碳纤维增强复合材料
(仅供参考)碳纤维及碳纤维增强复合材料
预氧化纤维是一种中间产品，常用来织布，织带再进行 炭化生产炭布，炭带。 大量生产的品种为800~1900℃的炭纤维， 石墨纤维的使用场合较少，常把它看成炭 PAN基碳纤维
炭 绳
由碳纤维编绕而成，具有强度高重量轻，耐热性好，热膨胀 系数小等特点，是高温炉隔热材料的必备配料。还可用做 导电电极等。
4)炭布：分编织炭布和无纬炭布。编织布由原纤维织布再预 氧化和炭化；无纬布生产是在专用的织机上对一排平铺的原 纤维每隔一段距离加入一根纬线(如涤纶丝)，然后进行连续 预氧化和炭化。无纬炭布炭化后一般马上浸以树脂，制成预 浸胶无纬布使用。 5)炭毡：由粘胶丝织成的毡，在惰性气体中经过受控制的炭 化而制得。
（l）催化浸渍。催化浸渍主要是浸渍催化脱水剂 （2）预氧化工序主要是在催化剂的作用下进行脱水、热裂和结 构转化，使白色粘胶纤维转化为黑色预氧丝．并赋予其阻燃性。 (3)低温碳化工序发生的反应主要是深度脱水、热裂和芳构化,此 时逸出的废气和产生的焦油相当多。 (4)高温碳化工序产生的废气和焦油就少得多 浸渍催化剂和预氧化处理是制 造粘胶基碳纤维的 重要工序，是由有机纤维粘胶丝转化为无机碳纤维的关键所在。
商品种类
1)短纤维：单根D=5~10微米，每股有1000~10000根单丝； 2)连续长纤维：D=5~10微米，每股有1000~10000根，长度 100~1000米； 3)炭带：由炭纤维丝编织而成；
碳纤维按性能可以分为 高强度、高模量碳纤维、活性炭纤维和离子交换碳纤。
大丝束碳纤维是指每束碳纤维的根数等于或大于 46000—48000根，即每束≥46K一48K的碳纤维。而 1000 根、3000根、6000根、12000根以及24000根即1K、3K、 6K、12K、24K的碳纤维则称为小丝束碳纤维。 大丝束的生产对前驱体要求较低，产品成本低，非常 适合一般民用工业领域。而小丝束的生产追求高性能 化，代表世界碳纤维发展的先进水平。
碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势
碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势碳纤维增强复合材料是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等优点的新型复合材料，已经广泛应用于航天航空、汽车、船舶、体育器材等领域。
近年来，随着科技的发展和需求的增加，碳纤维增强复合材料技术也在不断进步，呈现出以下发展现状和趋势。
1.材料性能提升：随着碳纤维及复合材料制备技术的不断改善，碳纤维增强复合材料的力学性能得到了极大的提升。
例如，新型的高性能碳纤维材料具有更高的拉伸强度和模量，可以满足更高的工程性能要求。
2.成本降低：由于碳纤维和树脂材料的价格较高，导致碳纤维增强复合材料的成本相对较高。
为了降低成本，正在研究开发更加经济实用的碳纤维制备技术，比如通过改变纤维结构、调整成纤维化学组成等方式降低成本。
3.制备工艺改进：为了更好地满足不同工程应用的需求，人们正在不断改进碳纤维增强复合材料的制备工艺。
例如，采用新的纤维排列方式、改变纤维束的堆放方式等，可以提高材料的强度、断裂韧性和耐疲劳性。
4.新型纤维增强材料的研发：除了传统的碳纤维增强复合材料，人们还在研究开发其他类型的纤维增强材料，如陶瓷纤维、金属纤维等。
这些新型纤维材料可以通过与树脂组合使用，进一步提高复合材料的力学性能和耐高温性能。
5.应用领域的拓展：碳纤维增强复合材料已经成功应用于航空航天和汽车行业，而随着技术的进步，复合材料的应用领域将进一步拓展。
例如，在新能源领域，碳纤维增强复合材料可以用于制造风力发电机叶片和光伏支架；在医疗器械领域，可以制备高性能的假体和支架等。
总之，碳纤维增强复合材料技术在不断发展中，其性能提升、成本降低、制备工艺改进、新型材料研发和应用领域拓展等方面都显示出明显的趋势。
这一技术的进步将进一步推动碳纤维增强复合材料在各个领域的应用，并为新材料和新技术的研发提供更加广阔的空间。
碳纤维增强复合材料制备及其力学性能分析
碳纤维增强复合材料制备及其力学性能分析碳纤维增强复合材料是一种高性能的工程材料，其力学性能优异，因此广泛应用于汽车、航空航天、体育器材等众多领域。
本文将对碳纤维增强复合材料的制备及其力学性能进行分析。
一、碳纤维增强复合材料制备碳纤维增强复合材料的制备过程包括预处理、预浸、挤出成型和固化四个步骤。
1.预处理首先要进行的是碳纤维的表面处理，以提高其在树脂中的分散度和界面性能。
通常采用的表面处理方法有电弧放电、等离子体处理和化学处理等。
2.预浸将经过表面处理的碳纤维放置在树脂浸润槽中，使其充分浸润，形成预浸料。
预浸料的配方通常是30%～50%的树脂，剩余为固体颗粒如碳纤维、填充料和固化剂等。
3.挤出成型将预浸料置于挤出机中进行挤出成型。
通过不断旋转的螺旋挤出头，将材料挤出并压实，形成成型件。
挤出过程中需要控制温度和压力，以保证成型件质量。
4.固化将挤出成型的件放入固化炉中进行固化。
通常固化时间和温度均需控制，以保证材料的固化度和力学性能。
二、碳纤维增强复合材料力学性能分析碳纤维增强复合材料具有很高的强度、刚度和低密度等优点，因此应用领域十分广泛。
其力学性能通常分为强度、刚度和疲劳三个方面。
1.强度碳纤维增强复合材料的强度具体可分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度和弯曲强度等。
其中，拉伸强度是该材料的最大强度指标，引强强度也是一个很好的指标。
此外，断裂韧性、夹层剪切强度和冲击强度也是衡量强度的指标。
2.刚度碳纤维增强复合材料的刚度主要指该材料的弹性模量和剪切模量。
弹性模量是衡量该材料抵抗形变能力的能力指标，即杨氏模量，剪切模量则是衡量该材料抵抗剪切、扭矩变形能力的能力指标。
3.疲劳碳纤维增强复合材料的疲劳指标分为疲劳极限、疲劳损伤阈值和疲劳寿命。
其中，疲劳极限是材料能承受的最大循环载荷，疲劳损伤阈值是指材料的循环载荷量，其导致的裂纹扩展损伤是初始裂纹尺寸的特定百分比。
总之，通过合理的制备和分析，碳纤维增强复合材料可以具有优异的力学性能，为各种领域的工程应用带来创新和改变。
碳纤维增强复合材料的力学性能研究
碳纤维增强复合材料的力学性能研究随着科技的发展和人们对材料性能要求的不断提高，碳纤维增强复合材料作为一种新型材料，逐渐受到了人们的关注和研究。
碳纤维增强复合材料的优点在于具有轻质、高强和高刚性等特点，因此在航空航天、汽车和体育器材等领域得到了广泛应用。
本文将围绕碳纤维增强复合材料的力学性能展开讨论，并分析其优点与不足。
一、碳纤维增强复合材料的力学性能研究碳纤维增强复合材料是由无定形材料和纤维增强材料组成的一种粘合材料。
其力学性能是影响使用效果的重要因素。
在实际应用中，碳纤维增强复合材料的力学性能主要表现在强度、刚度、韧度和疲劳寿命等方面。
下面将对这些方面进行详细讨论。
1. 强度碳纤维增强复合材料的强度是指在外力作用下，材料发生断裂前所能承受的最大应力。
由于其结构特殊，具有纤维对外界应力的抗拉能力，因而其强度很高。
实验表明，碳纤维增强复合材料的抗拉强度约为1500 MPa。
而同样条件下的钢材和铝材抗拉强度只有400 MPa左右，而且在高温、腐蚀等恶劣环境下，铝材和钢材的强度更低，而碳纤维增强材料的强度不变，还会增加。
2. 刚度碳纤维增强复合材料的刚度是指在外界力作用下，材料抵抗形变的能力。
由于其纤维本身刚度很高，因此材料的刚度也很高。
实验结果表明，碳纤维增强复合材料的弹性模量约为210 GPa，而同样条件下的钢材和铝材弹性模量分别为200 GPa 和70 GPa左右。
因此，在需要使用刚度较高的场合下，碳纤维增强复合材料具有较好的应用前景。
3. 韧度碳纤维增强复合材料的韧度是指在受力时，材料离开弹性阶段到断裂之前所需要的功。
与强度和刚度不同，碳纤维增强复合材料的韧度较低。
这是由于该材料虽然具有纤维与增强材料的双重优势，但其内部结构复杂度很高，存在许多微小裂缝，因此材料整体的韧性有所下降。
实验结果表明，碳纤维增强复合材料的韧度约为25-50 kJ/m2，而同样条件下的钢材和铝材韧度分别为200 kJ/m2和10-20 kJ/m2左右。
碳纤维增强复合材料的制备与性能研究
碳纤维增强复合材料的制备与性能研究引言：碳纤维增强复合材料是一种具有高性能和轻质化特点的新材料，广泛应用于航空航天、汽车、船舶和体育器材等领域。
本文将从碳纤维的制备方法、复合材料的制备工艺以及其性能研究等方面进行探讨。
一、碳纤维的制备方法碳纤维是一种由高度纯净的碳素原料制备而成的纤维。
目前常用的制备方法主要有聚丙烯腈纤维炭化法、沥青纤维炭化法和煤沥青纤维炭化法。
聚丙烯腈纤维炭化法是最常用的制备碳纤维的方法，其过程包括聚合、纺丝、预氧化、炭化和高模拉伸等步骤。
该方法制备的碳纤维具有较好的力学性能和电导率，广泛应用于航空航天领域。
沥青纤维炭化法利用含碳的原料，如煤沥青或石油沥青，制备碳纤维。
该方法具有制备工艺简单、成本低的优点，但碳纤维的力学性能相对较低。
煤沥青纤维炭化法是一种利用煤沥青作为碳纤维原料的方法。
通过将煤沥青纺丝成丝线，然后炭化处理得到碳纤维。
这种制备方法的碳纤维具有竖直排布的孔隙结构，结构独特，但强度较低。
二、复合材料的制备工艺碳纤维增强复合材料的制备工艺是将碳纤维与树脂复合而成的一种新型材料。
制备过程主要包括预处理、层叠和固化等步骤。
预处理是指对碳纤维进行表面处理，以增强其与树脂的粘结能力。
常用的方法有碱处理和氧等离子体处理。
碱处理可以使碳纤维表面形成羟基官能团，提高粘结性能。
而氧等离子体处理可以增加碳纤维表面的活性基团，提高其化学反应性。
层叠是将预处理过的碳纤维与树脂按照设计要求进行层叠，形成复合材料的初始结构。
层叠可以通过手工层叠和机械层叠两种方式进行，手工层叠适用于小批量生产，机械层叠适用于大规模生产。
固化是指将层叠好的碳纤维与树脂的复合材料放入固化设备中，在一定的温度和压力下进行固化反应。
固化过程中，树脂将热固化，与碳纤维形成牢固的化学键，使复合材料具有较好的力学性能和稳定性。
三、性能研究碳纤维增强复合材料的性能主要包括力学性能、热性能和导电性能等。
力学性能是衡量复合材料强度和刚度的重要指标，包括拉伸、弯曲和剪切等性能。
碳纤维增强复合材料概述doc
碳纤维增强复合材料概述doc碳纤维增强复合材料由碳纤维和树脂基体构成，是一种具有高强度、低密度、高刚度和耐腐蚀性能的先进材料。
它的独特性能使其在航空航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。
本文将对碳纤维增强复合材料的制备方法、性能特点及应用领域进行概述。
碳纤维增强复合材料的制备方法有两种主要的工艺路线，分别是预浸法（或称预浸料法）和干法。
在预浸法中，碳纤维将预先浸渍于树脂基体中，然后通过热固化或光固化过程，使其形成固态复合材料。
而在干法制备中，碳纤维和树脂基体分别以纤维片和树脂薄膜的形式制备，并通过层叠和热压等工艺将其结合在一起。
碳纤维增强复合材料具有许多出色的性能特点，其中最显著的就是其很高的强度和刚度。
与传统的金属材料相比，碳纤维复合材料的强度和刚度可以提高数倍甚至数十倍。
此外，碳纤维的密度非常低，使得复合材料具有较轻的重量。
这种轻量化的特性使得碳纤维复合材料成为飞机、汽车等领域的理想选择，能够降低能源消耗和减少环境污染。
另外，碳纤维增强复合材料还具有较高的耐腐蚀性能。
碳纤维本身具有优异的抗腐蚀能力，而且复合材料的树脂基体能够有效隔离外界湿气和化学物质的侵蚀，从而提高材料的耐腐蚀性。
这使得碳纤维复合材料在海洋、化工等腐蚀性环境下具有广阔的应用前景。
碳纤维增强复合材料的应用领域广泛。
在航空航天领域，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机机身、翼梁、尾翼等部件中，以降低重量和提高强度，同时提高燃料效率和航程。
在汽车领域，碳纤维复合材料可以用于车身、底盘等部件的制造，以提高车辆的性能和安全性。
此外，碳纤维复合材料还被用于制作体育器材、建筑材料等。
总之，碳纤维增强复合材料是一种具有优异性能的先进材料，其高强度、低密度、高刚度和耐腐蚀性能使其在各个领域具有广泛应用前景。
随着科技的不断进步，碳纤维增强复合材料将会在更多的领域发挥重要作用，推动现代工业的发展和进步。
碳纤维增强复合材料力学性能的有限元模拟分析
碳纤维增强复合材料力学性能的有限元模拟分析引言：碳纤维增强复合材料是一种重要的结构材料，具有高强度、低密度和优异的耐腐蚀性能。
为了更好地理解和预测这种材料的力学性能，有限元模拟成为一种有效的工具。
本文将探讨碳纤维增强复合材料的力学性能及其有限元模拟分析方法。
1. 碳纤维增强复合材料的力学性能碳纤维增强复合材料由碳纤维和基体材料组成，具有独特的力学性能。
首先，碳纤维的高强度和高模量使得复合材料具有出色的抗拉强度和刚度。
其次，由于碳纤维和基体的界面结合紧密，复合材料还表现出较好的层间剪切性能。
此外，碳纤维增强复合材料的疲劳强度和耐冲击性也远远优于传统金属材料。
2. 有限元模拟在力学性能分析中的应用有限元模拟是一种计算方法，通过将复杂结构离散为数学模型，基于力学原理求解结构的应力和变形分布。
在碳纤维增强复合材料力学性能分析中，有限元模拟被广泛应用。
首先，可以通过有限元模拟研究复合材料在静力载荷下的应力分布和应变响应，从而评估其强度和刚度。
其次，有限元模拟还可以模拟在动力载荷下复合材料的疲劳寿命和冲击行为，并优化复合材料的设计和性能。
3. 有限元模拟参数的选择在进行碳纤维增强复合材料力学性能的有限元模拟时，需要选择合适的模拟参数。
首先，应选择适当的网格划分，以保证模型几何形状和表面质量的准确性。
其次，需要确定材料的力学性能参数，如弹性模量、剪切模量和层间剪切强度等。
对于复合材料的层间剪切强度，通常需要进行微观结构分析以获取准确的数值。
此外，外界加载条件（如温度、湿度等）也需要考虑进来以获得可靠的模拟结果。
4. 有限元模拟分析的挑战和进展尽管有限元模拟在碳纤维增强复合材料力学性能分析中具有重要的应用前景，但仍面临一些挑战。
首先，材料的非线性和各向异性使得模拟计算的复杂度增加。
其次，复合材料的失效机制与金属材料有所不同，需要改进模型和算法以准确地预测结构破坏行为。
此外，对于复合材料的疲劳和寿命预测，还需要开展更多的试验和验证以提高模拟的准确性。
碳纤维增强复合材料
碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料（CFRP）是一种由碳纤维和树脂基体组成的复合材料。
碳纤维是一种轻质高强度的纤维材料，具有优异的力学性能和化学稳定性。
树脂基体则起到粘结和保护纤维的作用。
CFRP因其高强度、高刚度、耐腐蚀和轻质的特点，被广泛应用于航空航天、运动器材、汽车和建筑等领域。
CFRP具有优异的力学性能。
碳纤维的强度和刚度远高于传统金属材料，因此CFRP的拉伸和弯曲强度也相对较高。
此外，碳纤维具有较低的线膨胀系数，使得CFRP具有优秀的尺寸稳定性和热稳定性。
另外，碳纤维还具有优异的疲劳性能，能够承受长期的使用和重复的载荷。
CFRP的轻质特性使之成为代替金属的理想材料。
相比于传统金属材料，CFRP的密度只有其一半左右，因此在重量要求较高的领域（如航空航天）具有非常大的优势。
在汽车行业中，使用CFRP可以降低车辆的整体重量，提高燃油效率和续航里程。
CFRP还具有良好的耐腐蚀性能。
相比于金属材料容易受到氧化和腐蚀的影响，CFRP不容易受到化学物质的侵蚀。
这使得CFRP在恶劣环境下可以更好地保持其性能稳定性。
然而，CFRP也存在一些不足之处。
首先，CFRP的成本相对较高，主要是由碳纤维的制备和树脂的浸润过程所导致的。
其次，CFRP容易受到挤压、冲击和断裂的影响，而且一旦损坏很难修复。
此外，CFRP的导电性较差，限制了其在一些领域的应用。
为了克服这些不足，研究者们正在不断研发改进CFRP的制备技术和性能。
近年来，采用3D打印、自组装和纳米复合等新技术制备CFRP的研究逐渐增多。
这些方法可以有效地降低CFRP的成本，提高其性能。
此外，通过在复合材料中引入导电纳米材料，可以使CFRP具有良好的导电性能，从而扩展其应用范围。
综上所述，碳纤维增强复合材料是一种具有高强度、高刚度、轻质和耐腐蚀性能的材料。
尽管CFRP存在一些不足，但随着技术的不断进步，相信CFRP在未来将有更广泛的应用前景。
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碳纤维的特性
碳纤维的品种与规格 碳纤维与玻璃纤维一样，有长纤维、短纤维，有布、毡，有 扭绳或编制绳、三向或多向立体织物等不同形式的产品供应。 如下将列出主要碳纤维的品种与和性能。
碳纤维的特性 主要碳纤维的品种和性能
碳纤维的结构
2.碳纤维的结构:
碳纤维具有较高的强度和模量是与其结构分不开的，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， 与石墨晶体类似。石墨晶体是三维有序的各项异性材料，沿层平面方向具有非常 高的模量，试想发展层平面与纤维轴向一致的纤维材料，必将会具有高模量由此 导致了碳纤维问世。
黏胶基碳纤维（rayon-based）:黏胶基碳纤维是由主要成分为纤维素的粘胶纤维 经过脱水、热解然后碳化而得来的。 气相生长碳纤维（vapor phase-based）:气相生长碳纤维是以苯、甲烷等做原料 经过渡金属铁、钴、镍等它们的合金、化合物为催化剂，氢气作载气在还原性气 氛中制成。
碳纤维的分类
CF的结构 石墨微晶 石墨原纤 （条带结构）
石墨片层
（乱层结构）
碳纤维
碳纤维的结构
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,如右图所示： 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0.1421nm;在层平面之间则由弱 的范德华力相连,层间距在0.3360～ 0.3440nm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 比较高。因此,碳纤维的表面活性与处于边缘位置的 碳原子数目有关。
1976 1979 1980 1981 1984 1986 1989 1992 · · ·
二.碳纤维的特性、结构及分类
1.碳纤维主要具备的特性: 碳纤维的性质主要包括力学性质（强度、模量、伸长），热 学性质（热容、热导率、热膨胀），化学性质（氧化性、腐 蚀性），电、磁学等性质。就综合性质而言，碳纤维是一种 优异增强材料，下面主要是其所具备的一些特性 ①密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5～ 2g/cm 3,相当于钢密 度的1/4、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,弹性回复为100%; ③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;
聚丙烯腈基碳纤维（PAN-based）:聚丙烯腈基碳纤维由聚丙烯腈经纺丝、预氧、 碳化几个阶段形成。具有高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电 性能等特点,并具有很强的抗压抗弯性能,一直在增强复合材料中保持着主导地位。
碳纤维 的分类
沥青基碳纤维（pitch-based）:沥青基碳纤维是以石油沥青或煤沥青为原料,经 沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制成。生产原料成本低于聚丙烯 腈基碳纤维。
性能 拉伸模量/GPa 拉伸强度/GPa 含碳量/% 碳纤维 UHM >400 >1.7 99.8 HM 300~400 >1.7 99.0 UHT 200~350 >2.76 96.5 HT 200~250 2.0~2.75 94.5 IM 180~200 2.7~3.0 99.0
碳纤维的分类
(2)根据先驱体纤维原料的类型可分为：
碳纤维结构示意图
碳纤维的分类
3.碳纤维的分类: (1)根据碳纤维的力学性能可分为：通用级碳纤维（GP）和高性能碳纤 维（HP）,其中高性能碳纤维又包括中强型（MT）、高强型(HT)、超高 强型（UHT）、中模型（IM）、高模型（HM）和超高模型（UHM）等 几种,其高性能碳纤维（HP）的性能如下表
碳纤维的分类
iii.碳纤维增强金属基复合材料 碳纤维增强金属基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Metal,CFRM) 是以碳纤维为增强纤维,金属为基体的复合材料。碳纤维增强金属基复 合材料与金属材料相比,具有高的比强度和比模量，碳纤维-铝合金复 合材料在400 ℃高温下，强度和弹性模量基本无变化;与碳纤维增强树 脂基复合材料相比，具有高的耐热性；与陶瓷相比,具有高的韧性和耐 冲击性能。金属基体多采用铝、镁、镍、钛及它们的合金等。目前,在 制备碳纤维增强金属基复合材料时碳纤维的表面改性主要采用气相沉 积、液钠法等,但由于纤维增强金属基复合材料所用长纤维的价格昂贵, 制备工艺复杂,限制了碳纤维增强金属基复合材料的推广应用。
碳纤维增强复合材料分类
iv.碳纤维增强树脂基复合材料 碳纤维增强树脂基复合材料((Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)是目 前最先进的复合材料之一。它以轻质、高强、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烧蚀材料,是其他纤维增强复合 材料所无法比拟的。所用的基体树脂主要分为两大类,一类是热固性树脂,另 一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预集体或带有活性基团 高分子量聚合物组成。 CFRP在航空航天领域有着大量的应用,人们甚至将CFRP在航天结构上应用 的规模视为衡量航天结构先进性的重要标志之一。随着碳纤维成本的降低 以及复合材料制造技术的发展,土木建筑和海底油田将是碳纤维复合材料应 用领域的新增长点。以碳纤维复合材料代替传统金属材料制作建筑物的横 梁、抗震结构,补强、修补或加固桥梁,制造油田勘探和开采器材以及平台、 油、气储罐等将会有很大的发展。
碳纤维的分类
ii.C/C复合材料 C/C复合材料是碳纤维增强碳基复合材料的简称,也是一种高级复合材 料。它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成。碳/碳复 合材料主要由各类碳组成,即纤维碳、树脂碳和沉积碳。这种完全由人 工设计、制造出来的纯碳元素构成的复合材料具有许多优异性能,除具 备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐磨损等特性外,还具有较高 的断裂韧性和假塑性。特别是在高温环境中,强度高、不熔不燃,仅是均 匀烧蚀。这是任何金属材料无法与其比拟的。因此广泛应用于导弹弹 头,固体火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等高科技领域。
碳纤维及其复合材料概况
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，目前日本 是碳纤维的最大制造国（特别在PAN原丝的d制造技术和产量 方面），美国是碳纤维的最大应用国。这次将就碳纤维的特性、 分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍。
碳纤维微观结构图
碳纤维及其复合材料概况 续表：
年份 1972 1973 1974 1975 主 要 事 项 美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维 日本用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒 日本东邦人造丝公司开始生产PAN基碳纤维（0.5t/month） 日本东丽公司扩产5t/month 碳纤维钓竿、高尔夫球棒迅速发展 日本东丽公司扩产13t/month 碳纤维网球拍商品化 美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel-P” 美国UCC公司的高性能沥青基碳纤维商品化 日本东邦人造丝公司与美国赛兰尼斯进行技术合作 日本住友化学与美国赫格里斯（Hercules）成立联合公司 日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司 美国波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维 日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作 日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800 日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000 日本东丽公司研制成功高强中强碳纤维M60 日本东丽公司研制成功高强中强碳纤维M70J、杨氏模量高达690GPa · · ·
三.碳纤维的应用与发展
1.发展简述 对于近年碳纤维及其复合材料的发展来看，在航空航天领域 PAN-CF已成为重要的主导材料，汽车和风电叶片则是未来 CFRP 的重要市场。日本在CFRP研发方面，比美欧晚10～20 年，然而 近年来发展迅速，而且在碳纤维增强热固性树脂和热塑性树脂的成 型工艺方面都有所创新，值得我国借鉴。碳纤维复合材料是一种高 性能、多功能的先进复合材料。目前,国内外学者对于碳纤维复合 材料的研究热点主要集中于复合材料的制备与工艺优化以及复合材 料及结构的损伤破坏和承载能力分析等领域。相信随着我国在碳纤 维生产以及复合材料制备工艺领域的进一步发展,碳纤维及其复合 材料在建筑、交通、化工等民用领域的应用前景将十分乐观,而其 在航空航天及军事领域的应用也会更加广泛。
碳纤维及其复合材料概况
2.碳纤维的发展简史：
年份 1860 1878 1879 1882 1911 1950 1959 1962 1963 1964 1965 1970 1971 主 要 事 项 英国瑟夫•斯旺（J.Swan）制作碳丝灯泡 英国瑟夫•斯旺（J.Swan）以棉纱试制碳丝 爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45h） 碳丝电灯实用化 钨丝电灯实用化（1910年发明） 美国Wright-Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维 美国UCC公司生产低模量黏胶基碳纤维“Thornel-25” 日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了PAN基碳纤维 日本碳公司开始生产低模量PAN基碳纤维（0.5t/month） 英国皇家航空研究所（RAE）的瓦特和约翰逊成功地打通了制造高性能PAN基碳纤维 （在热处理时施加张力）的技术途径 英国Courtaulds, Morganite和Roll-Roys公司利用RAE技术生产PAN基碳纤维 日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维 美国UCC公司开始生产高模量沥青基碳纤维（石墨化过程中牵伸） 日本吴羽化学公司生产沥青基碳纤维（10t/month） 日本东丽公司与美国UCC公司进行技术合作 日本东丽公司工业规模化生产PAN基碳纤维（1t/month），碳纤维牌号为T300，石墨纤 维为M40
纤维的特性