碳纤维复合材料发展

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1、·Abstract:Carbonfiberhasbecomeoneoftheimportantmodernindustrialmaterialsanditcanbeusedinmanyfields.Thispaperdescribesthecurrentdevelopmentofcarbonfiberathomeandabroadandsomeshortcomingsofcarbonfibersinchinaalsobediscussed.Thispaperalsofocusesontheapplicationofcarbonfiberinindustry,civil

2、construction,transportation,andotherfieldsandthedevelopmentofcompositematerialsproductofcarbonfiber.Thedevelopmenttrendofcarbonfiberisalsobediscussed.Keywords:CarbonFiber;DevelopmentStatus;Application;DevelopmentTrend0引言     碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力

3、学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。     作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，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

4、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。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。1国内外碳纤维的发展现状1.1国外碳纤维的发展现状     目前世界各国发展的主要是PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。国外PAN基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60年代。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大［1］。世界PAN基碳纤维生产厂

5、商主要有日本Toray（东丽）、Toho（东邦）、MitsubishiRayon（三菱人造丝），美国Hexcel（赫克塞尔）、Amoco（阿莫科）和Zoltek（卓尔泰克）等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本MitsubishiChem（三菱化学）、Kureha（吴羽）、Donac与美国Amoco公司。     在小丝束碳纤维（3K，6K和12K）方面，Toray、Toho与MitsubishiRayon等3家公司已形成垄断，其产能分别达到9100、5600和4700t/a，占世界总产能的31.6%、19.5%和16.3%。大丝束碳纤维的主要生产国是美国、德国与日本

6、，产能情况如表1.1所示［2］，其产量大约是小丝束碳纤维产量的33%左右。 表1.1 世界大丝束碳纤维产能情况  t/a 生产商产能美国AKZO-Fortafil(阿克苏-福坦菲尔)3500 Zoltek1800 Aldila(阿尔迪拉)1000德国SGL(爱斯奇爱尔)1900日本Toray300总计 9500     近年来，大丝束碳纤维获得飞速发展，世界上过去不生产大丝束碳纤维的一些碳纤维生产厂也纷纷打算生产大丝束碳纤维或已开始生产大丝束碳纤维，最典型的当推Toray公司；同时，国外已经通过利用与电磁辐射有关的等离子技术由完全和部分稳定的碳纤维原丝来生产碳纤维；并

7、且把纳米技术也应用在碳纤维上，研制出纳米碳纤维，CarbonNanotechnologiesInc.（Houston，TX）、Materials&ElectrochemicalResearchCorp.（Tucson，AZ）和日本MitsubushiChem与Toray等计划大规模生产纳米碳纤维［3］。1.2我国碳纤维发展现状     从20世纪70年代中期开始，经过30余年的发展，我国碳纤维从无到有，从研制到生产取得了一定的成绩，但总的来说，我国碳纤维的研制与生产水平还较低，目前仅相当于国外20世纪70年代中、末期水平［4］。1.2.1 PAN基碳