树脂基碳纤维复合材料的热物理性能之一_导热系数
1987
年a月
第3期中国空
间科学技术
CIESESPACESCIECEADT
ECLOOGY
树
脂基碳
纤维复合
材料的
热物
理性能之-
一一一
导热系数
张建
可
(
兰州物
理研究所)
木文
汁论了树脂基碳纤维
复合材
抖热导与各种纤维
体积含量,及温度
的关系,
研究
了树
脂基破
纤维复合材
料的传热机理,
并给出
了大量的导
热系数数据
主题词:
碳纤
维增强复
合材
料传热系数,导热性
一、
引言
日益
发展的
复合材料已成
为宇航领
域中应用广泛
且不可缺少的
新型
材料,
其中应用
较广
泛的
是树
脂基碳纤维
复合材料(CFRF)
由于
这些
材料大
都被
采用
制做航天
器上的
抛物面
天
线反
射器
天线支
撑喇叭天
线波导管帆板
等等
其热物理
性能的
好坏直接影
响了
构
件的
性
能例如:
CFRP的
热导
性能好坏将影响
支撑部件连
结部
件的
性能及自
身的
稳定
性CFRP的
热胀冷
缩将影响它
构成的
抛物面天
线反
射器波
导等
变形
对电磁
波的反
射接收
等产生
较大影响因此
研究C
FRF的
热物理性能,
有较重
要的
意义本文
讨论它
的
热物理
性能之一
—导热系
数,
并给出
各种碳纤维复合材料为导热系
数,以
供参考
二、
树
脂基碳纤维复合材料的结构
树脂基碳纤维
复合材料主
要由两大部份组成:
碳纤维和
树脂基体碳纤维主
要由高分子
材
料如粘胶纤
维聚丙
烯晴纤维沥
青纤维
等经高温
烧制而
成按强
度和
模量分成
四种类型即
通用型(
A型)(拉
伸模量在23xl沪kg
c/m“
以下),
高强型(
互型)拉
伸强
度在28又1护
kg
/c
m以上)
高模型(
I型)
拉伸模量在
35义10日
kg
/e
mZ
以上)和
超高模型(
拉伸模
量在4X
10“
kg
/c
m’
以
上)
树脂基体主
要采
用环
氧树
脂和聚
酞亚
胺树脂碳纤维复合材
料的
制做过
程一
般为先将碳纤维
在树
脂中
预浸后
按一
定方
式铺层
再经过
加温加
压固
化等工
序成形
简单层板,即
单向纤维
复合材料是复
合
材料构件的
基本结构单元复合材料一
般
可
看作是简
单层
板的
组合体,
其排布示
意见丫蛇供县(一)
已食忿层
;
{l
{了;
公
U卜
)
名铲那
书晨
图1
树脂基碳纤维
复合材
料的纤
维排布示意图
中国
空间
科学
技术
1987
年6月
图1
如何确定纤维和
树脂的比例
纤维层
数和
排布方
向顺
序进
行最佳设计
对于选择碳
纤维
复合
材料的
各种物
理性
能起着重要
作用
三、
传热机理
碳纤维
复合材料的
传热途径主
要分
两个部分1固相导热:
主要由材料中的
碳纤维和
环
氧树脂基体产生
热传导由于这部分
热传导中碳的热导
率约
为10￡
数量级以上而
树脂
约为10’
数量级左
右(
在10o
K“4
0K温
区
内)因此在10OK、4
0K温
区内
碳纤维在整个
复合
材料中的
体积比
对整个复合材料的热
传导
起着重要的
作用2
气相
传热:
由于
材料制造
过程
中形
成一
些气孔
这些气孔内的
气体分子相
互碰撞所产生的
传热
这些
气孔
较多
较大
时
对材料的
热传导
有一
定的影响,
但由于一
般
说来
这些
材料中的
气孔很小且很少
所以
可以
忽
略其对整个
复合
材料的热
传导系
数的影
响
DJR
ado
li
ffe
等人
研究了
不同碳纤维
体积
含量的碳
纤维复
合材料的导热系
数对于热
流平行于
纤维方向的总
热导
应与碳纤维
树脂基体两
部份的
热导总
和相等即:
碳
纤维复合
材料的
热导应为:
K=了,Kr+
(1一
V,)K。
K,
K,
—分
别为碳纤维树脂的
热导V,
为碳纤维的
体积含量图2
为他们的
测试
值和
计算值川手刚
雄也研究了
碳纤
维复合材料平均
热导
率与碳纤
维体积含量的关系
其测
试结
果见图3,
并推出
相类似的
公
丸r=
不
命+
虱
(卜
赢)其中系虱分别
为碳纤维
树
脂基体的
平均热
导率,x
是
碳纤维
体积的
百分含量(
%)在42
K、7
K
温区
内了与x
的
mw忽。只
3。
只二
、
…`“
a’.
拼20
卜
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卜钾
一一
丫一}
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11
ll
el全
厂
O
一一
一一飞r
一(昌是翻汗喊摇舜
020l
4060
V%
碳
纤维体
积含量
图3
碳纤维
体积含量与平均
导热系数
的
关系曲线1
n
温蹂K图2不同
碳纤
维体积含量的
热导数
据
A
(普通型)
V于=03飞
(x)
HT
(
高拉伸
强度型)Vf=。48《
)
HM(
高模量型)Vf=
051
()
实
线为计算值
1087
年6月
中国空间
科学技术
依存
性消失了,这主
要是由于
碳纤维的
半导
体特性引起
瓜变小
虱也
变小了在
7K~
300
K温
区
内K与x
的
依存性很强,这充分
说明了
碳纤维
在这温区内
对整个
复合
材料的热导
起着
重
要的
作用
DJRa
dcli
ffe等人
还研究了
碳纤维
体积
含相同,
结果见图4
他们
推出了一
个公式(Ra
对iegh)
「_Z
V,
_
1但纤维
类型不同的
复合材料低温
热导
率,
这里导
热系致
W加K)
z一万
qU一F
K=
州`一,
+v,-
K二
+
K,
K,一
Kr
S=032兀`
V,
—碳纤维体积含量(
%)
K.
—基体树脂热导率
K,
—纤维热
导率
所研究的
碳纤维
复合材料是Cour
atluds
有限
公司
生产的PAN基
碳纤维复合材料A
—普通用途
型HT
—高拉伸强
度型H
M—高模量型考
虑到复合材料中的
碳纤维是各向异
性的Ra
dcli
f
fe
提出了
碳纤维
复合材料垂
直于
纤维
方向和
平行于纤
维方向的导
热系
数比
值K/,/K:
这个比
值约
为
10用
这个比
值和Ra
ylei
gh
公式计算的
结果见图
4
中的三
条实线,它
们在10K
以上
基本与实验测
得结果相
符这三
种纤维的
体积含量
相同均为050
图
中看出三
者导
热系
数相差不
大因此可以说{
很度K
图4相同
碳纤维
体积含量的导
热系数
V,
=o50
实线
是用R跳yl
ei
gh公式
和K;//K
比
值计算
的
值
模量不同的
碳纤维
复合材料只
要成份碳纤维
体积含量相同或相
近其导热系
数一
般相差
不大
四、
热导数据
由于
碳纤
维复合材料的纤
维树脂基体不同
排布迭
层不同,因而
热导数据也不同
表
1给出
各厂
商生
产的
碳纤维
复合材料的
热导数据
图5
是各种
树脂
基碳纤维
复合材料的导
热系
数与温度关系
曲线
五
结论
1
树脂基碳纤维
复
合材
料的导
热系
数在中
温区1
0K、40o
K
随着碳纤维
体积
含量的增
加而
增大;
在10K以下
变化较小在极低温区
变化消失
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.
碳碳复合材料概述
碳碳复合材料概述
1概述
碳／碳复合材料是由碳纤维(或石墨纤维)为增强体,以碳(或石墨)为基体(de)复合材料,是具有特殊性能(de)新型工程材料,也称为“碳纤维增强碳复合材料”. 碳／碳复合材料完全是由碳元素组成,能够承受极高(de)温度和极大(de)加热速率.它具有高(de)烧蚀热和低(de)烧蚀率,抗热冲击和在超热环境下具有高强度,被认为是超热环境中高性能(de)烧蚀材料.在机械加载时,碳／碳复合材料(de)变形与延伸都呈现出假塑件性质,最后以非脆性方式断裂.
它(de)主要优点是：抗热冲击和抗热诱导能力极强,具有一定(de)化学惰性,高温形状稳定,升华温度高,烧蚀凹陷低,在高温条件下(de)强度和刚度可保持不变,抗辐射,易加工和制造,重量轻.
碳／碳复合材料(de)缺点是非轴向力学性能差,破坏应变低,空洞含量高,纤维与基体结合差,抗氧化性能差．制造加工周期长,设计方法复杂,缺乏破坏准则.
1958年,科学工作者在偶然(de)实验中发现了碳／碳复合材料,立刻引起了材料科学与工程 研究人员(de)普遍重视.尽管碳／碳复合材料具有许多别(de)复合材料不具备(de)优异性能,但作为工程材料在最初(de)10年间(de)发展却比较缓慢,这主要是由于碳／碳(de)性能在很大程度上取决于碳纤维(de)性能和谈集体(de)致密化程度.当时各种类型(de)高性能碳纤维正处于研究与开发阶段,碳／碳制备工艺也处于实验研究阶段,同时其高温氧化防护技术也未得到很好(de)解决.
在20世纪60年代中期到70年代末期,由于现代空间技术(de)发展,对空间运载火箭发动机喷管及喉衬材料(de)高温强度提出了更高要求,以及载人宇宙飞船开发等都对碳／碳复合材料技术(de)发展起到了有力(de)推功作用.那时,高强和高模量碳纤维已开始应用于碳／碳复合材料,克服碳／碳各向异性(de)编织技术也得到了发展,更为主要(de)是碳／碳(de)制备工艺也由浸渍树脂、沥青碳化工艺发展到多种CVD沉积碳基体工艺技术.这是碳／碳复合材料研究开发迅速发展(de)阶段,并且开始了工程应用.由于20世纪70年代碳／碳复合材料研究开发工作(de)迅速发展,从而带动了80年代中期碳／碳复合材料在制备工艺、复合材料(de)结构设计,以及力学性能、热性能和抗氧化性能等方面基础理论及方法(de)研究,进一步促进和扩大了碳／碳复合材料在航空航天、军事以及民用领域(de)推广应用.尤其是预成型体(de)结构设计和多向编织加工技术日趋发展,复合材料(de)高温抗氧化性能已达1700oC,复合材料(de)致密化工艺逐渐完善,并在快速致密化工艺方面取得了显着进展,为进一步提高复合材料(de)性能、降低成本和扩大应用领域奠定了基础. 目前人们正在设法更有效地利用碳和石墨(de)特性,因为无论在低温或很高(de)温度下,它们都有良好(de)物理和化学性能.碳／碳复合材料(de)发展主要是受宇航工业发展(de)影响,它具有高(de)烧蚀热．低(de)烧蚀率．在抗热冲击和超热环境下具有高强度等一系列优点,被认为是超热环境中高性能(de)烧蚀材料.例如,碳／碳复合材料制作导弹(de)鼻锥时,烧蚀率低且烧蚀均匀,从而可提高导弹(de)突防能力和命中率.碳／碳复合材料具有一系列优异性能,使它们在宁宙飞船、人造卫星、航大飞机、导弹、原子能、航空以及一般工业部门中都得到了日益广泛(de)应用.它们作为宇宙飞行器部件(de)结构材料和热防护材料,不仅可满足苛刻环境(de)要求,而且还可以大大减轻部件(de)重量,提高有效载荷、航程和射程.碳／碳复合材料还具有优异(de)耐摩擦性能和高(de)热导率,使其在飞机、汽车刹车片和轴承等方面得到了应用. 碳与生物休之间(de)相容性极好,再加上碳／碳复合材料(de)优异力学性能,使之适宜制成生物构件插入到活(de)生物机体内作整形材料,例如：人造骨路,心脏瓣膜等. 今后,随着生产技术(de)革新,产量进步扩大．廉价沥青基碳纤维(de)开发及复合工艺(de)改进,使碳／碳复合材料将会有更大(de)发展. 2碳／碳复合材料(de)制造工艺
碳纤维复合材料的制备和性能研究
碳纤维复合材料的制备和性能研究
复合材料作为一种新型材料，由于其具有结构轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能，在航空、航天、汽车、船舶等众多领域得到广泛应用。碳纤维复合材料是其中一种材料，由于其高强度、低密度、高刚度和优良的热稳定性等特点，已经广泛应用于各种高端产品，如飞机、汽车、大型模具、船舶制造等领域。
本文主要介绍碳纤维复合材料的制备和性能研究方面的进展和成果，对于进一步研究这种材料的应用前景和发展具有参考价值。
一、碳纤维复合材料的制备
碳纤维复合材料的制备是一个复杂的过程，需要对材料的性质进行深入的了解，并结合实际生产情况进行设计和试验。一般来说，碳纤维复合材料的制备分为以下几个步骤：
1、预制备碳纤维
碳纤维是制备碳纤维复合材料的关键组成部分，其质量对复合材料的性能起到至关重要的作用。碳纤维的质量受到多种因素的影响，如选择的原料、生产工艺、热处理方式等。通常采用纤维束成型、碳化及氧化等工艺制备碳纤维，确保碳纤维的品质。
2、浸渍树脂
将预制的碳纤维放入树脂中，使其充分浸泡。树脂中的成分可以根据需要调整，以达到预期的力学性能。
3、热固化
热固化是碳纤维复合材料制备的关键步骤之一。材料通过温度和时间的控制，让树脂变成固体，并在碳纤维表面形成一层牢固的化学键连接。通过这一步工艺，可以提高碳纤维复合材料的强度和刚度。
4、精加工
精加工是制备碳纤维复合材料的最后步骤。通过对材料进行切割、抛光、打磨、胶接等方式，可以获得一定形状、尺寸和光泽度的制品。精加工过程中需要注意不要损伤材料的表面和内部结构，保证材料性能的完好。
以上是碳纤维复合材料制备的主要步骤，整个制备过程需要物理学、化学、材料学等多学科的知识和技术的支持，且需要结合多种因素综合评估生产效果。
二、碳纤维复合材料的性能研究
碳纤维复合材料具有优良的力学性能、热性能和热膨胀性等特点，但其性能亦受制备过程中的各种因素影响。为了更好地应用这种材料，需要对其性能进行全面研究和分析。
复合材料概论
1、复合材料的定义
由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
2、同质复合材料和异质材料
增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。异质材料则是不同物质。
3、金属基复合材料的性能
在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。
4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别
树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。
5、复合材料结构的分类
从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。
一次结构：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、相几何和界面区的性能；
二次结构：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；
三次结构：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。
6、复合材料选择基体的原则
①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热，一定的高温强度等，又要求成本低廉，适合批量生产。
②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。
③基体金属与增强物的相容性。
7、与树脂相比水泥基体的特征
①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。
《碳纤维树脂基RTM制备及耐温性能一体化研究》
《碳纤维树脂基RTM制备及耐温性能一体化研究》
摘要：
本文针对碳纤维树脂基复合材料采用RTM（树脂传递模塑）工艺的制备方法及其耐温性能进行了深入研究。通过实验设计、制备工艺、性能测试及数据分析，探讨了RTM工艺在碳纤维复合材料制备中的应用，并对其耐温性能进行了系统评价。
一、引言
随着科技的不断进步，碳纤维树脂基复合材料因其轻质、高强、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、汽车制造、能源工程等领域得到了广泛应用。RTM工艺作为一种有效的复合材料制备技术，能够满足复杂形状和高质量要求的制品生产。因此，研究碳纤维树脂基RTM制备及耐温性能，对于推动复合材料的应用和发展具有重要意义。
二、RTM制备工艺
1. 材料选择
RTM工艺选用的碳纤维和树脂基体是影响最终产品性能的关键因素。本实验选用了高强度碳纤维和具有良好工艺性能的树脂基体。
2. 工艺流程
RTM工艺流程包括模具设计、预处理、树脂注入、固化及后处理等步骤。其中，模具设计需考虑制品的形状和尺寸；预处理包括模具清洁和涂脱模剂；树脂注入需控制压力和速度，确保填充均匀；固化过程需控制温度和时间，以保证树脂基体充分交联。
三、耐温性能测试
1. 测试方法
耐温性能测试主要包括热稳定性测试和高温力学性能测试。热稳定性测试通过测量制品在高温下的尺寸变化和质量损失来评价；高温力学性能测试则通过拉伸、压缩和弯曲等实验来评估。
2. 实验结果及分析
实验结果表明，碳纤维树脂基RTM制品具有较好的热稳定性和高温力学性能。在高温下，制品的尺寸变化和质量损失较小，表明其具有良好的尺寸稳定性和抗老化性能。同时，制品在高温下的拉伸、压缩和弯曲强度均有所提高，显示了其优越的高温力学性能。
四、结果与讨论
通过对碳纤维树脂基RTM制品的制备及耐温性能进行研究，得出以下结论：
1. RTM工艺能够有效地制备出具有复杂形状和高质量要求的碳纤维复合材料制品。
2. 选用的碳纤维和树脂基体对最终产品的性能具有重要影响，合适的材料选择是保证制品性能的关键。
碳纤维标准
碳纤维标准
碳纤维是一种高强度、高刚度、低密度的工程材料，具有优良的机械性能、耐高温性、抗腐蚀性等特点，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到了广泛应用。由于碳纤维制品在各个领域的应用方式和负荷情况不同，因此需要对其进行标准化管理，以确保其安全可靠。本文将介绍碳纤维制品的标准。
1. 碳纤维制品分类标准
碳纤维制品按其工艺和用途分类，主要分为以下几类：预浸料碳纤维复合材料、树脂基碳纤维复合材料、金属基碳纤维复合材料、陶瓷基碳纤维复合材料等。
预浸料碳纤维复合材料是将预处理的碳纤维布经过浸渍树脂，然后烘干而成的制品，具有严格的存储、处理、使用要求。
树脂基碳纤维复合材料是指碳纤维和树脂复合而成的制品，主要用于航空航天、汽车等高端制造领域。
陶瓷基碳纤维复合材料是指碳纤维和陶瓷复合而成的制品，具有优良的耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等特点。
碳纤维制品的质量标准包括以下几个方面：
（1）外观质量：包括表面平整度、外观漏截、色泽等。
（2）物理性能：包括材料强度、硬度、伸长率等。
（3）结构性能：包括弯曲强度、剪切强度、压缩强度等。
（4）尺寸精度：包括长度、宽度、厚度等。
（5）热稳定性：包括热膨胀系数、热导率、热分解温度等。
（6）电学性能：包括导电率、电阻率等。
（1）使用安全：对于不同领域的碳纤维制品，在使用过程中需要符合相关的安全规定，并进行安全评估。
（2）环境安全：对于生产和使用过程中产生的废弃物需要进行合理的处理，不得对环境造成污染。
（3）技术安全：对于生产和使用过程中需要符合相关的技术标准和规定，确保产品的质量和可靠性。 碳纤维制品的标准化管理，可以确保其质量、性能和使用安全，促进其在各个领域的广泛应用。同时，制定和实施标准也可以促进碳纤维材料产业的发展，推动碳纤维制品的创新和进步。
山西省碳纤维增强树脂基复合材料的发展现状及思考
山西科技SHANXISCIENCETECHNOLOGY2020年第35卷第4期
碳纤维是含碳量高于95%的无机高分子纤维材料，是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，是国际认可的现代高科技领域典型新材料的代表。碳纤维一般不具有单独使用的属性，通常作为增强体，以树脂基、陶瓷基、金属基等制成碳基复合材料。碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛［1］，占碳纤维复合材料市场份额的90%以上［2］。因其具有优异的理化性能，加之日趋成熟的加工成型工艺，使其被广泛应用于航空航天、交通运输、武器装备、工程机械、风力能源、车辆制造以及体育用品等领域。1碳纤维增强树脂基复合材料的特点1.1物理性能碳纤维增强树脂基复合材料密度小，质量轻。相同体积下，碳纤维增强树脂基复合材料质量约为钢材的20%、铝合金的60%；具有高强度和高模量，其拉伸强度和拉伸模量约为金属铝的数倍；物理稳定性佳，不易发生形变；对振动和噪声抑制作用明显；具备良好的导电导热性能、电磁屏蔽性能以及较低的热膨胀系数，同时能够减少组件间的摩擦消耗。1.2化学性能碳纤维增强树脂基复合材料化学稳定性较好，一般不具有生物排异性，在生物体内不易产生或分解出有害物质。在一般的碱性环境下呈惰性，对有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性。2碳纤维增强树脂基复合材料的应用2019年，全球对碳纤维的需求总计约为10万t。随着碳纤维在航空航天、风力涡轮机和其他工中使用量的增加，市场以每年10%～12%的速度增长。2019年碳纤维及强化复合材料使用细分市场占比分别为风能25%、航空航天20%、体育用品10%~12%、汽车业10%~12%、注塑塑料的复合5%～8%、压力容器5%～8%、建筑和基础设施5%～8%等。2.1在航空航天领域的应用在航空方面，利用碳纤维增韧环氧树脂制成的机身结构件，如机翼、机身等，可以降低自重，提升强度，延长使用时间，节能减排。我国自主研制的C919客机中的中央翼、襟翼等部件均采用碳纤维增强树脂基复合材料，但占比较低，约为10%左右。在航天方面，碳纤维增强树脂基复合材料制作的──────────*基金项目：山西省软科学研究计划项目“基于创新链的科技创新环境评价体系研究”（项目编号：2018041050—2）；山西省软科学研究计划项目“在打造能源革命排头兵中山西科技重大专项发展方向研究”（项目编号：2018042002—2）。文章编号：1004-6429（2020）04-0011-03收稿日期：2020-05-28山西省碳纤维增强树脂基复合材料的发展现状及思考*邵舒扬（山西省科学技术情报研究所，山西太原，030024）摘要：简述了碳纤维增强树脂基复合材料的理化特性和主要应用方向，介绍了山西省碳纤维增强树脂基复合材料研发和产业化现状，分析了山西省在碳基复合材料发展上面临的问题，针对性地提出了促进山西省高端碳基复合材料发展的建议，以期为政府决策提供情报支撑。关键词：碳纤维；复合材料；增强树脂；山西省中图分类号：F426.72；TQ342.742文献标志码：A
碳纤维物理性质分析
碳纤维物理性质分析
碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。作为高性能纤维的一种，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、 汽车、 电子、 机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。
一、碳纤维性质
碳纤维是一种力学性能优异的新材料。他的比重不到钢的1/4，比铝还要轻，比强度是铁的20倍。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。因此，可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、GOLF球棒等体育休闲领域。
由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机以及卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，而且因质量小而动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg。
碳纤维除了具有一般碳素材料的特性：耐高温, 耐磨擦, 导电, 导热及耐腐蚀等, 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。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/mm2。目前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，在要求高温，化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的仇势。
碳纤维的物理性质如下：
(1)碳纤维的密度在1.5—2.0g/cm3之间，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2.0g/cm3。
材料导热系数
导热率越大，导热性能越好；导热系数越低，导热性能越好。
导热率：
石墨（碳）：129；
紫铜：407；
青铜：64；
纯铝：238；
铝合金：121-151；
铸铁：54.4；
灰口铁：54；
钢：58.6-41.9；
陶瓷：约30；
热管：380K
渠氏技术：14M
导热系数：系数越小，导热越好！
银：0.016；
铜（紫铜）：0.0172；
金：0.023；
铝：0.028；
黄铜：0.067；
铁丝：0.1-0.15；
锌：0.06；
汞（水银）：0.958；
空气在各个温度条件下，导热系数不同： -100℃：0.0158；
0℃：0.0241；
100℃：0.0317；
1000℃：0.076；
碳的导热系数
碳的导热系数
简介
碳是一种非金属元素，具有很高的化学稳定性和导电性能。在自然界中，碳以多种形式存在，包括石墨、金刚石和纳米碳材料等。碳的导热系数是描述碳材料导热性能的重要物理参数。本文将详细介绍碳的导热系数及其影响因素。
导热系数的定义
导热系数（thermal conductivity）是指单位时间内单位面积上温度梯度产生的传热量。在固体材料中，传递热量主要通过分子间的振动和电子传导完成。对于碳材料而言，其导热主要通过电子传导。
碳材料的导热性能
1. 石墨
1.1 结构特点
石墨是一种由平行层面上堆叠的六角形晶格构成的碳材料。每个碳原子与三个相邻原子形成σ键，并与一个相邻原子形成π键，π键使得层面之间存在弱相互作用。
1.2 导热性能
由于π键弱相互作用，石墨中的电子能够自由传导，因此具有较高的导热系数。石墨的导热系数通常在300-2000 W/(m·K)之间。
2. 金刚石
2.1 结构特点
金刚石是一种由碳原子通过共价键形成的晶体结构。每个碳原子与四个相邻原子形成四面体结构，形成了非常坚硬和稳定的晶格。
2.2 导热性能
金刚石具有非常高的导热系数，通常在1000-2600 W/(m·K)之间。这是因为金刚石中碳原子之间的共价键非常紧密，电子在晶格中传导时几乎没有任何阻碍。 3. 纳米碳材料
3.1 结构特点
纳米碳材料包括纳米管、纳米片和富勒烯等。这些材料具有不同的形态和结构，但都由碳原子组成。
3.2 导热性能
纳米碳材料由于其特殊的结构和尺寸效应，在导热性能上表现出与大尺寸晶体不同的特点。纳米碳材料的导热系数通常在100-2000 W/(m·K)之间。
影响导热系数的因素
1. 结构特点
碳材料的导热系数与其结构特点密切相关。例如，石墨中层面之间的相互作用强度会影响电子传导的效率，从而影响导热性能。
2. 温度
温度是影响碳材料导热系数的重要因素。一般情况下，温度升高会使得电子传导效率增大，从而提高导热系数。