碳纤维材料的性能
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、信息产业等工业领域。
1。
2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。
碳纤维材料特性
碳纤维材料特性碳纤维材料特性碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。
碳纤维拉伸强度约为2到7GPa,拉伸模量约为200到700GPa.密度约为1。
5到2.0克每立方厘米,这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。
一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。
再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。
碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。
碳纤维的比热容一般为7.12。
热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值（0.72到0.90），而垂直于纤维方向是正值(32到22）。
碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500.这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。
同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。
碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度,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。
［11]碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上,是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢;因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上,而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。
与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。
碳纤维环氧树脂层压板的试验表明,随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。
孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小.碳纤维还具有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数）,一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米.几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能, 因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域.在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比,碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。
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；制造耐腐蚀化工设备等。
碳纤维材料
碳纤维外壳的Thinkpad
碳纤维三脚架
碳纤维自行车
碳纤维应用实例
集热管
碳纤维医疗填平床板
太阳能热水器
碳纤维应用实例
碳纤维在工业中的应用
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。
第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶 纤维400到2000℃。 第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维 3000到3200℃。 第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲 和性。 第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不 同的断面结构。
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、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分 为高强型（强度2000兆帕、模量250G帕）和高模型（模 量300G帕以上）。强度大于4000兆帕的又称为超高强型； 模量大于450G帕的称为超高模型。
碳纤维原丝企业
就全球碳纤维产能来看，前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上，其中 Toray 产能占比 18%
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。
碳纤维复合材料的力学性能与应用分析
碳纤维复合材料的力学性能与应用分析第一章：引言碳纤维复合材料是一种具有优异力学性能的高强度材料。
它由碳纤维和树脂基体组成，具有密度低、刚度高、强度高、耐疲劳性好等优点。
因此，碳纤维复合材料在航空、航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用前景。
本文将对碳纤维复合材料的力学性能及其应用进行分析和探讨，以期帮助人们更好地了解该材料。
第二章：碳纤维复合材料的力学性能2.1 碳纤维的力学性能碳纤维是碳纤维复合材料的主要组成部分，它具有很高的强度和刚度，也叫做纤维增强材料。
碳纤维的强度取决于其直径和生长方向，通常其直径小于10微米。
随着直径的减小，碳纤维的强度和刚度会增加。
碳纤维还具有很好的耐疲劳性能和耐腐蚀性能。
2.2 树脂基体的力学性能树脂基体是碳纤维复合材料的另一部分，它可以密封和固定碳纤维，还可以起到传递均匀载荷的作用。
树脂基体通常是环氧树脂或聚酰亚胺树脂。
环氧树脂具有优良的成型性能和加工性能，而聚酰亚胺树脂具有很好的耐高温性能和耐热冲击性能。
2.3 碳纤维复合材料的力学性能碳纤维复合材料的力学性能取决于碳纤维和树脂基体的性质和结构。
它的强度和刚度随纤维体积分数和方向变化而变化，而断裂韧性则取决于树脂基体的性质和结构。
碳纤维复合材料的强度和刚度往往比金属材料高，但断裂韧性较差。
第三章：碳纤维复合材料的应用3.1 航空领域碳纤维复合材料在航空领域的应用非常广泛。
它们常用于制造飞机机身、翼面和垂直尾翼等部件。
与传统金属材料相比，碳纤维复合材料具有重量轻、寿命长、耐疲劳性强等优点。
同时，碳纤维复合材料也可以降低飞机的燃油消耗和环境污染。
3.2 汽车领域汽车制造商也开始广泛地采用碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料的轻量化特性可以降低汽车的油耗和排放量，同时还可以提高汽车的性能和安全性。
如日本的丰田公司在其旗下的超级跑车“雷克萨斯LFA”中采用了大量碳纤维复合材料。
3.3 船舶领域碳纤维复合材料在船舶领域的应用也在不断增加。
简述碳纤维材料的特点和应用
简述碳纤维材料的特点和应用
碳纤维是一种由碳纤维纤维组成的高强度材料，具有以下特点：
1. 轻质高强：碳纤维比钢轻四倍，比铝轻一半，但强度却比钢高五倍以上，比铝高两倍以上。
这使得碳纤维成为制造轻量化产品的理想材料。
2. 高刚性：碳纤维具有优异的刚性和弹性模量，可以有效抵抗变形和破裂。
这使得碳纤维成为高性能结构材料的首选。
3. 耐腐蚀性：碳纤维具有良好的耐腐蚀性，对酸碱和盐类等腐蚀介质具有较好的稳定性。
这使得碳纤维在化工、海洋等领域的应用得到了广泛推广。
4. 耐高温性：碳纤维可以耐受高温环境，能够在1200°C以上
的高温下稳定工作。
这使得碳纤维在航空航天、能源等领域的高温应用具有重要意义。
碳纤维材料广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：
1. 航空航天领域：碳纤维的轻质高强特性使其成为制造航空航天器、导弹和卫星等高性能结构件的重要材料。
2. 汽车工业：碳纤维的轻量化特性能够有效降低汽车整体重量，提高燃油经济性和减少尾气排放，因此在汽车制造领域得到广泛应用。
3. 体育器材领域：碳纤维制成的运动器材如高尔夫球杆、自行车、滑雪板等具有较轻的重量和高强度，能够提供更好的运动性能和驾驶体验。
4. 建筑领域：碳纤维可以用于加固和修复混凝土结构，提高建筑物的抗震性能和耐久性。
5. 医疗、医药领域：碳纤维可以制成医疗器械、人工骨骼等，具有良好的生物相容性和医用效果。
总之，碳纤维材料具有轻质高强、高刚性、耐腐蚀、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑、医疗等多个领域。
碳纤维抗拉强度和屈服强度
碳纤维抗拉强度和屈服强度碳纤维是一种轻质高强度的材料，具有优异的抗拉强度和屈服强度。
它由纯碳纤维组成，具有优异的力学性能，广泛应用于航空航天、汽车、建筑和体育器材等领域。
碳纤维的抗拉强度是指材料在受拉力作用下能够承受的最大应力。
它是一个衡量材料抵抗断裂的能力的重要指标。
碳纤维具有极高的抗拉强度，是其他工程材料的几倍甚至几十倍。
一般来说，碳纤维的抗拉强度可以达到1000-7000 MPa，而大多数传统材料如钢的抗拉强度只有几百MPa。
碳纤维的高抗拉强度主要得益于其结构特点。
碳纤维由数百至数千根直径为5-10微米的纤维束组成，这些纤维束再聚合成纱线、绳索或布料。
每根纤维束则是成千上万个纳米级直径的碳纤维单丝组成。
由于纳米级纤维之间没有结晶缺陷，因此可以承受更大的拉伸应力，使碳纤维具有很高的抗拉强度。
此外，碳纤维的屈服强度也是其重要的力学性能指标。
屈服强度是指材料在受到力作用下开始产生塑性变形的应力。
碳纤维具有较高的屈服强度，通常为抗拉强度的70%-90%。
这意味着碳纤维在受到拉伸力时能够产生较大的弹性变形，并具有较高的塑性变形能力。
因此，在实际应用中，碳纤维通常不会出现突然断裂，而是会经历一定的变形和变形预警，给使用者提供了安全保障。
碳纤维的高抗拉强度和屈服强度使其成为许多高技术领域的首选材料。
在航空航天领域，碳纤维被广泛应用于飞机、导弹和卫星等结构材料中，用于减轻重量、提高强度和刚度。
例如，现代民用飞机中的翅膀、机身和尾翼等结构部件中大量使用碳纤维材料。
在汽车制造业中，由于碳纤维具有极高的强度和轻量化特性，它可以显著降低汽车的自重，并提高燃油效率和安全性能。
在建筑业中，碳纤维可以用于加固混凝土结构、提高建筑物的抗风、抗震性能。
在体育器材方面，碳纤维制成的高尔夫球杆、网球拍和自行车车架等都具有优异的性能。
除了高强度和轻量化的优点外，碳纤维还具有抗腐蚀、耐高温和导电等特性。
这使得碳纤维不仅在结构材料领域有广泛应用，还在航天、航空、电子、化工和医学等领域有着重要的地位。
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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、信息产业等工业领域。
1.2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。
碳纤维主要具备以下特性:( 1) 密度小、质量轻, 碳纤维的密度为1. 5~ 2 g /cm3, 相当于钢密度的1 /4、铝合金密度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( 4) 摩擦系数小, 并具有润滑性;( 5) 导电性好, 25 时高模量碳纤维的比电阻为775 cm, 高强度碳纤维则为1 500 cm;( 6) 耐高温和低温性好, 在3 000 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;( 7) 耐酸性好, 对酸呈惰性, 能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。
除此之外, 碳纤维还具有耐油、抗辐射的特性2碳纤维增强复合材料尽管碳纤维可单独使用发挥某些功能, 然而, 它属于脆性材料, 只有将它与基体材料牢固地结合在一起时, 才能利用其优异的力学性能, 使之更好地承载负荷。
因此, 碳纤维主要还是在复合材料中作增强材料。
根据使用目的不同可选用各种基体材料和复合方式来达到所要求的复合效果。
碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷, 而目前使用得最多、最广泛的是树脂基复合材料。
2. 1碳纤维增强陶瓷基复合材料陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性, 广泛应用于工业和民用产品。
它的弱点是对裂纹、气孔和夹杂物等细微的缺陷很敏感。
用碳纤维增强陶瓷可有效地改善韧性, 改变陶瓷的脆性断裂形态, 同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。
目前国内外比较成熟的碳纤维增强陶瓷材料是碳纤维增强碳化硅材料, 因其具有优良的高温力学性能, 在高温下服役不需要额外的隔热措施,因而在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领域具有广泛应用。
2. 2碳/碳复合材料碳/碳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。
2. 3碳纤维增强金属基复合材料碳纤维增强金属基复合材料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; 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, 其中, 碳纤维增强铝、镁复合材料的制备技术比较成熟。
制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是碳纤维的表面涂层, 以防止在复合过程中损伤碳纤维,从而使复合材料的整体性能下降。
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, 但因其过程复杂、成本高,限制了碳纤维增强金属基复合材料的推广应用2. 4碳纤维增强树脂复合材料碳纤维增强树脂基复合材料( 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。
碳纤维增强树脂复合材料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; 成型过程中, 在固化剂或热作用下进行交联、缩聚, 形成不熔不溶的交联体型结构。
在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。
热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成, 在一定条件下溶解熔融, 只发生物理变化。
常用的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等。
在碳纤维增强树脂基复合材料中, 碳纤维起到增强作用, 而树脂基体则使复合材料成型为承载外力的整体, 并通过界面传递载荷于碳纤维, 因此它对碳纤维复合材料的技术性能、成型工艺以及产品价格等都有直接的影响。
碳纤维的复合方式也会对复合材料的性能产生影响。
在制备复合材料时, 碳纤维大致可分为两种类型: 连续纤维和短纤维。
连续纤维增强的复合材料通常具有更好的机械性能, 但由于其制造成本较高,并不适应于大规模的生产。
短纤维复合材料可采用与树脂基体相同的加工工艺, 如模压成型、注射成型以及挤出成型等。
当采用适合的成型工艺时, 短纤维复合材料甚至可以具备与连续纤维复合材料相媲美的机械性能并且适宜于大规模的生产, 因此短纤维复合材料近年来得到了广泛的应用。
李军《碳纤维及其复合材料的研究应用进展》辽宁化工2010年9月第39卷第9期3碳纤维及其复合材料的应用3.1高新技术领域碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能，在航空领越特别是飞机制造业中应用广泛。
统计显示，目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70％~80％，在军用飞机上占30％~40％，在大型客机上占15％~50％。
AV—8B 改型“鹞”式飞机是美国军用飞机中使用复合材料最多的机种，其机翼、前机身都用了石墨环氧大型部件，全机所用碳纤维的重量约占飞机结构总重量的26％，使整机减重9％，有效载荷比AV—8A飞机增加了一倍。
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。
在法国电信一号通信卫星本体结构中，带有4 条环形加强筋的中心承力筒是由CFRP 制成的，它通过螺接连接在由CFRP 制成的仪器平台上。
卫星的蒙皮是由T300 CFRP 制成。
由于CFRP 的比模量高，在日本JERS-1 地球资源卫星壳体内部的500 mm 的推力筒、仪器支架、8 根支撑杆和分隔环都使用了M40JB CFRP，此外，卫星的外壳、一些仪器的安装板均采用了碳纤维/环氧蜂窝夹层结构。
美国空军实验室1997 年在国家导弹防御系统试验项目( BMDO CEP) 支持下，成功设计并制造了以CFRP 为加强筋的AGS 整流罩，重量仅37 kg，同类型铝合金防护罩重97 kg，运用纤维缠绕技术实现了自动化生产，工艺周期缩短88%，比同类型蜂窝夹层结构制造复合材料整流罩减重40%，成本降低20%图3 CEP 火箭有效载荷整流罩Fig．3 Payload fairing of CEP launch rocket3.2民用领域3.2.1碳纤维复合材料在体育器材上的应用像撑竿、高尔夫球杆、网球拍、自行车、滑雪板、皮划艇等靠人力来使其运动的体育器材，人们希望其质量越轻越好; 即使是靠人力以外的其他动力来使其运动的器材，如赛车、帆船、摩托艇等，在相同的条件下也以质轻为好。
碳纤维复合材料在此方面具有不可比拟的优势，其密度为1．76 ～1．80 g /cm3，所制复合材料密度为1．50 ～1．60 g /cm3，而钢材约为7．87 g /cm3、铝材2．7g /cm3、钛材4．5 g /cm3。
显然，CFRP 要比金属材料轻得多。
3.2.1碳纤维在新能源领域的应用叶片是风力发电装备的关键部件，它的质量（W）随叶片长度（L）的三次方增加（W=A L3）。
当风机叶片质量增长到一定程度时，叶片质量的增加幅度大于风机能量输出的增加，那么叶片长度的增加则存在一个极值。
风力发电机叶片的长度尺寸、刚性以及质量代表着风电机组的发电水平，常规的玻璃纤维增强材料制备叶片已难以满足叶片尺寸加大对刚性与质量的综合要。
碳纤维复合材料优异的抗疲劳特性和良好的导电特性，可有效减弱恶劣环境对叶片材料的损害，避免雷击对叶片造成的损伤求，在全球风机装机容量快速增长的今天，提高碳纤维复合材料用量的长叶片大容量风机将成为主要趋势。
3.2.3碳纤维在工业领域的应用铁道部规划在3 ～ 5 年内，时速为160km / h 的车辆将达到50% 以上，约1 万5 千辆，每辆车需刹车片32 片，共需约48 万片。
车辆提速之前，铁路客车和货车的最高设计时速分别为120km / h 和80km / h。
由于车辆速度每提高一倍，其制动功率将增加8 倍，因此对提速车辆用制动材料提出了相当严格的技术要求。
理论研究和实车运营状况表明，现有的常规制动材料，无论是摩擦系数和列车运行平稳性，还是耐磨性、导热性、制动距离等均不能满足提速车辆的需要碳纤维复合材料刹车片是国际上仍在不断研究的新型制动材料，它具有强度高、弹性模量适中、耐热性好、重量轻、膨胀系数小、耐磨损等优点，而所有这些都是提速列车制动所必需的性能，因此开发这类新型材料已被发达国家重视德国铁路部门投巨资，由Knoor Bremse 公司研制了高速列车用碳纤维复合材料盘型制动器; 日本、法国开发研制的碳纤维复合材料刹车片已成功地应用于新干线和TGV 高速列车制动。