高性能碳纤维的性能及其应用
T1000 级碳纤维及其复合材料研究与应用进展
摘要本文介绍了T1000 级碳纤维的发展历程，综述了T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。
1引言碳纤维是一种碳元素组成占总质量90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。
最早可追溯至18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。
T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。
高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。
目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。
碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。
根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是T1000 级碳纤维的研制有很大困难。
T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。
由于T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。
2T1000 级碳纤维性能研究现状1962 年正式开展PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出T1000G 碳纤维。
2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出T1100G 碳纤维，2017 年 6 月强度由6600MPa 更新至7000MPa，目前东丽已完成了T1200 碳纤维的量产。
碳纤维复合材料的特点和应用
碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Composites）是一种由碳纤维和树脂（通常是环氧树脂）混合制成的高性能复合材料。
它具有许多独特的特点和广泛的应用领域：特点：高强度和轻质：碳纤维本身具有极高的强度和刚度，与其质量相比，它比许多金属更轻。
这使得碳纤维复合材料非常适合在需要高强度和轻质的应用中使用。
卓越的刚性：碳纤维复合材料具有卓越的刚性，可以在高强度负载下保持形状和结构稳定性。
抗腐蚀性：碳纤维不会腐蚀，这使得碳纤维复合材料在恶劣环境下具有耐久性。
设计自由度：制造碳纤维复合材料的过程可以根据设计要求进行定制，具有很高的灵活性，可用于各种形状和尺寸的零部件。
疲劳寿命：碳纤维复合材料通常具有良好的疲劳寿命，能够在循环负载下长时间保持性能。
电导率：碳纤维是导电的，这在一些应用中可以派上用场。
应用：航空航天领域：碳纤维复合材料广泛用于飞机和宇宙飞船的结构部件，以减轻飞机的重量，提高燃料效率，并增加飞行性能。
汽车工业：碳纤维复合材料在汽车制造中用于减轻汽车的重量，提高燃油效率和电池电动汽车的续航里程。
体育用品：用于制造高性能的自行车框架、高尔夫球杆、网球拍、滑雪板和其他体育用品，以提高强度和性能。
建筑业：在建筑结构中使用碳纤维复合材料以增强强度和耐久性，例如在桥梁、地震防护装置和建筑材料中。
能源行业：用于制造风力涡轮机叶片和油井钻具，以提高强度和耐久性。
医疗领域：用于制造医疗设备和假体，如人工心脏瓣膜、骨科植入物等。
体育和休闲：用于制造高性能自行车、高尔夫球杆、滑雪板、网球拍等体育器材。
船舶制造：在船体和船载设备中使用碳纤维复合材料，以降低船只重量并提高性能。
总之，碳纤维复合材料的高强度、轻质、刚性和耐久性使其成为多个领域的理想选择，尤其是需要高性能、低重量和高强度的应用。
在未来，随着技术的不断进步，碳纤维复合材料的应用领域还将不断扩大。
纳米碳纤维的功能和应用
纳米碳纤维的功能和应用
纳米碳纤维是一种新型的高性能材料，具有许多独特的物理和化学性质，如高强度、高刚度、轻质、良好的导电性和导热性等。
这些特性使得纳米碳纤维在许多领域都有广泛的应用。
在航空航天领域，纳米碳纤维可以用于制造航天器外壳、发动机部件、飞机翼等，以提高飞行器的强度、刚度和稳定性，同时减轻重量，提高燃油效率。
此外，纳米碳纤维在汽车工业中也有广泛应用，如制造汽车零部件、车身、车轮等，可以提高汽车的强度和刚度，降低重量，提高燃油效率。
在电子领域，纳米碳纤维可以用于制造电子产品外壳、电路板、电池等，可以提高产品的强度和刚度，减轻重量，提高性能。
此外，纳米碳纤维还可以用于制造体育器材、医疗器械、环保设备等领域。
例如，纳米碳纤维可以用于制造高尔夫球杆、自行车车架等，以提高产品的强度和刚度，降低重量；也可以用于制造医疗器械和康复器械等，以提高产品的强度和刚度，提高舒适性和稳定性。
总之，纳米碳纤维作为一种高性能材料，在许多领域都有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，纳米碳纤维的应用领域还将不断扩大。
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、信息产业等工业领域。
碳纤维的特点碳纤维是纤维状的碳材料, 由有机纤维原丝在1 000 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t的分级
碳纤维t的分级全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：碳纤维是一种高性能的材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀和耐疲劳等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
碳纤维的分级是根据其纤维直径、纤维成分和结构等因素来划分的，不同的级别有着不同的性能和应用领域。
下面来详细介绍碳纤维的分级：一、根据纤维直径分级根据碳纤维的纤维直径的不同，可以将碳纤维分为微细纤维、中等纤维和粗大纤维三个级别。
1. 微细纤维微细纤维是指直径小于5微米的碳纤维，通常由原始纤维经过微型化处理得到。
微细纤维具有很高的比表面积和拉伸强度，适用于制作高性能的复合材料和纤维增强材料，也可以用于生物医学领域的应用。
2. 中等纤维中等纤维是指直径在5-10微米之间的碳纤维，具有较高的强度和刚度，适用于航空航天、汽车和船舶等领域的结构材料，也可以用于体育器材和工业设备的制造。
3. 粗大纤维粗大纤维是指直径大于10微米的碳纤维，主要用于制作耐磨、耐高温和耐化学腐蚀的材料，如制动片、耐火材料和化工设备等。
1. 聚丙烯腈基碳纤维聚丙烯腈基碳纤维是最常见的碳纤维材料，通常由聚丙烯腈纤维经氧化、碳化等工艺处理得到。
聚丙烯腈基碳纤维具有优异的机械性能和化学稳定性，广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
芳纶基碳纤维是一种高强度、高模量的碳纤维材料，具有良好的耐热性和耐磨性，适用于高温、高速和高强度要求的领域，如航空发动机、高速列车和船舶等。
3. 其它特种碳纤维除了上述两种常见的碳纤维材料外，还有一些特种碳纤维，如含硼、含硅和含氧碳纤维等，具有特殊的性能和应用特点，适用于特定的高端领域。
三、根据结构特点分级纤维束是将多根碳纤维捆绑在一起形成的束状材料，有着较高的拉伸强度和弯曲性能，适用于各种复合材料的增强。
纤维布是将碳纤维穿织或编织成布状材料，具有良好的成型性和抗拉性能，适用于制作各种复杂形状和大面积的复合材料。
3. 非织造布总结：碳纤维的分级是根据其纤维直径、纤维成分和结构等因素来划分的，不同的碳纤维级别有着不同的性能和应用领域。
t800碳纤维
t800碳纤维
T800碳纤维是一种高性能材料，具有出色的强度和刚度，被广泛应用于航天
航空、汽车工业、体育器材等领域。
T800碳纤维的制备和性能优势使其成为现代
材料科学中备受关注的重要材料之一。
制备工艺
T800碳纤维的制备过程主要包括原料选取、纤维拉伸、碳化和热处理等步骤。
首先，在制备T800碳纤维之前需要选择适当的聚合物作为原料，然后经过纤维拉
伸工艺制备出高纤维度的预浸碳纤维。
接下来，对预浸碳纤维进行高温碳化和热处理，最终得到T800碳纤维。
物理性能
T800碳纤维具有出色的拉伸强度和模量，同时具有优异的耐腐蚀性和耐磨损性。
这些物理性能使得T800碳纤维广泛应用于高性能复合材料中，提高了材料的
强度和耐用性。
应用领域
由于T800碳纤维的优异性能，它在航天航空领域中被广泛应用于制造飞机机
身和发动机零部件。
此外，在汽车工业中，T800碳纤维也被应用在汽车车身以及
制动系统等关键部件中，提高了汽车的性能和安全性。
除此之外，T800碳纤维还
被用于生产高端运动器材，如自行车框架、高尔夫球杆等，为运动员提供更好的体验和表现。
发展趋势
随着科学技术的不断进步，T800碳纤维的制备工艺和性能将继续提高。
未来，T800碳纤维有望在更多领域得到应用，为人类生活带来更多的便利和创新。
综上所述，T800碳纤维作为一种高性能材料，具有广泛的应用前景和发展潜力。
通过不断的研究和创新，T800碳纤维将在现代化工行业中扮演着越来越重要
的角色。
碳纤维前景及应用论文
碳纤维前景及应用论文碳纤维是一种高性能纤维材料，具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀和耐疲劳等优良特性，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑工程等领域。
随着全球工业化进程的不断推进，碳纤维的需求量也在逐步增加，其未来发展前景十分广阔。
碳纤维的应用领域十分广泛。
在航空航天领域，碳纤维被用于制造飞机的机身、机翼、舵面等部件，能够大幅减轻飞机的整体重量，提高机动性和燃油效率。
在汽车领域，碳纤维被广泛应用于高性能跑车、电动车等车辆的车身、悬挂系统、内饰等组件，能够提高车辆的性能和安全性。
在体育器材领域，碳纤维被用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车等器材，提高了产品的性能和使用寿命。
同时，在建筑工程领域，碳纤维也被广泛应用于桥梁、建筑结构、地基处理等方面，能够提高建筑物的抗震性和耐久性。
碳纤维的未来发展前景也备受瞩目。
首先，随着科技的不断进步，碳纤维的生产工艺和技术不断提升，能够生产出更加优质的碳纤维材料，提高了其性能和稳定性。
其次，随着人们对于节能减排和资源循环利用的重视，碳纤维作为一种轻质高强度材料，能够有效减轻产品的整体重量，降低能源消耗和环境污染。
同时，碳纤维材料还可以实现回收利用，提高了资源的可持续利用性。
此外，碳纤维的市场需求量也在不断增加，随着新兴产业的不断涌现，碳纤维的应用领域也将不断扩大。
然而，碳纤维在应用过程中还面临一些挑战和问题。
首先，碳纤维的生产成本较高，限制了其在一些领域的大规模应用。
其次，碳纤维的回收利用技术还不够成熟，难以实现资源的循环利用。
同时，碳纤维的制造过程对环境造成了一定的污染，需要更加环保的生产工艺。
另外，碳纤维的安全性以及其与其他材料的复合性也需要更多的研究和改进。
综上所述，碳纤维作为一种高性能的纤维材料，具有广泛的应用前景和发展空间。
随着工业化进程的不断推进和科技的不断发展，碳纤维的生产工艺和技术将不断完善，其应用领域将不断扩大。
同时，我们也需要进一步加大对碳纤维材料的研究力度，解决其在生产、应用过程中存在的问题，推动碳纤维材料行业的可持续发展。
关于高性能碳纤维发展及应用的思考
高性 能碳 纤 维的应 用 已逐 步转 向 民用。 自 ２ ０世纪 ７ ０年代 ，碳 纤维 在航 天领 域应 用 以来 ，其未来 应用
潜力 日益受 到各 国高度关 注 。随着碳 纤维 原丝工 艺技术 的逐 渐成熟 ，干喷湿 纺 和射频 法新 工艺 逐步 取代传
统 的干法 和湿法 纺丝 ，碳 纤维 品质 大大提 升 、价格 显 著下 降 ，极 大地拓 展 了高性 能碳 纤 维的应 用领域 。据
．
在 当前节 能减 排 、应 对 气候 变 化 的大 环境 下 ，汽车 、 风力涡轮 叶片及 压力容 器等 的新兴 市场逐 步兴起 。尽管受
、
Ｊ Ｉ Ｌ
－
，ｒ
到全 球金 融危机 的影 响 ，但 高性能碳 纤维 （ ３ ０ １０ ） Ｔ ｏ 一Ｔ ０ ０ 的需求仍 在 不 断升 温 。据 Ｂ Ｃ统 计 数据 （ 图 １ ，全球 Ｃ 见 ） 航 空航天 、工业 、文体 休 闲用品等 领域用 碳纤维 的市场份
Ｃｌ ＣＨ Ｉ Ｎ０Ｖ Ｉ ｛ Ｓ ＿ Ｅ Ｎ Ｔ ＡＴ ＯＮ ＆ Ｐ ＯＤＵＣ Ｉ ＴＹ Ｒ Ｔ ＶＩ
ｌ －・・一 － ・・・・ ——－－— －
一
— — —— ｔ
０ ０ ． Ｏ Ｏ ２ １，ｏ ｌ ｏ ０ ６ 一 ． ＝ ｃ ００Ｔ ｔ ・ １ Ｎ Ｉ Ｏｔ ． ａＮ２
／． 、
２ 。２ 世 纪初 期 ，全 球 可再 生 能 源相 关 产业 ） １ 的发 展 ，尤其 是 风 机 叶 片 、燃 料 电池 的迅 猛 发展 ，极 大 地 加 速 了对 碳 纤 维 的消 费 需 求 。 其 中 ，据有 关数 据 显示 ，２ ０ ０ ９年 全球 碳 纤维 的需 求 已超 过 ４１ ｔ ． 万 ，航空 航 天 、文 体 休 闲 用 品 、其 他 工业 等 领 域 碳纤 维 总 体 的消 费 比 例 分别 接 近 ２ ． ，３ ． ，４ ． ，碳 纤 维 ５２ ％ １％ ４ ３％ ４ 向民用 转化 的趋 势愈发 明显 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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:TS102.52+7 2 文献标志码:A 文章编号:1001 7415(2011)04 0065 04Property and Application of H igh perfor m ance Carbon FiberZhang X i n yuan H e B i x ia L i J i a nli Zhang Y uan(Shaanx iT extil e Sc i ence and T echno logy Instit ute)A bstrac t H igh perfor m ance carbon fi ber prope rty and appli cati on we re d i scussed .C l assifi cation and m anu fact ure o f carbon fiber w ere i ntroduced ,carbon fi ber property ,appli cation ,deve l op m ent at hom e and abroad w ere i n troduced as w ell as .The applica ti on fie l d i nc l udes aerospace field ,spo rts field ,genera l m anufacturi ng field ,civ il constructi on fi e l d and energy dev elopment fi e l d et a.l Interna ti ona l carbon fi ber i ndustry situati on ,current situati on and deve lop m ent trend o f dom estic carbon fi be r industry w ere ana l y sed .carbon fiber i ndustry dev elopment w ou l d be m ore and mo re w i de l y as the deve lopment o f techno logy and the perfection o f carbon fibe r app licati on technology .K ey W ords Carbon F i ber ,Strength ,Specific R esistance ,Cry sta lli nity ,Po l yacrylon itr ile ,Carbon F i ber W oven F abr 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 AN )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 AN 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 Pa 、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。
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3500MPa (1 2N /tex~1 9N /tex)以上,比钢材(0 35N /tex )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230GPa 以上,比钢材(200GPa )大1 8倍~2 6倍。
日本东丽的高强型T1000系列碳纤维,其模量为295GPa ,强度达7 05GPa ,而高强高模M 55J 型碳纤维,模量达540GPa ,强度为4 02GPa 。
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 10-2m ,高强度碳纤维为1 5 10-1m 。
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/GP a 拉伸模量/GP a 断裂伸长/%热膨胀系数/K -1导热率/W (m K )-1电阻率/ 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GY 70GY 80M 40M 50M 60J BHM 31.861.862.742.453.923.205175273924905884000.360.320.60.50.70.8-1.1 10-6-1.2 10-6-0.9 10-6142 8589756.010-6 8.0 10-68.0 10-68.010-61.92 1.811.911.941.833 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(RTM 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PAN 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A380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B787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C919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T300级和T700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/%200220032004200520062007200810134117141196011480122261325313412111.9111.6102.196.1106.5108.4101.23.2 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。