碳纤维简介应用及国内外主要生产厂家

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1、碳纤维简介.应用及国内外主要生产厂家1.基本介绍碳纤维是主要由碳元素组成的纤维状碳材料，其化学组成中碳元素占总质量的90%以上，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。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。其杨氏模量是传统玻璃纤维（GF）的3倍多，是新一代增强纤维，居近代五大增强纤维CF、BF（硼纤维）、KF（芳纶纤维）、AF（氧化铝纤维）、SF（碳化硅纤维）之首。碳纤维被誉为21世纪的“新材料之王”，具有优越的物理和化学性能，其同体积重量不到钢的1/4,但抗拉强度是钢的7〜9倍。由于碳纤维具有出色的力学性

2、能和化学稳定性，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°C以上的高温惰性环境屮，碳材料是唯一强度不下的物质，是其它主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。此外，碳纤维还兼有其它多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽性、尺寸稳定性好等，被大量用作复合材料的增强材料。用碳纤维制成的树脂基复合材料比模量比钢和铝合金高5倍，比强度高3倍以上。同时，具有优越的耐热冲击、耐烧蚀性能，因而在航空、航天工业、汽车运动车辆和钓具等领域中得到广泛

3、应用［1］。2.分类目前军事及商业用碳纤维依原料的不同可以区分为三大类，分别为聚丙烯月青系（PAN・based）沥青系（Pitch・based）气相成长系碳纤维（Vapo「grownfiber）。目前工业生产中主要采用聚丙烯膳纤维（PAN）为原丝来生产碳纤维。以PAN纤维为例，制造碳纤维的流程一般分三个连续步骤。首先，在氧气气氛下进行氧化稳定处理。经氧化处理后的纤维在惰性气氛下，进行温度为1000〜1500°C的碳化处理。最后，在惰性气氛下，温度为1500〜3000°C石墨化处理，以提高结晶沿纤维轴方向的有序化程度和取向度［2］。根据碳纤维的性能不同,又常分为:普

4、通型、高模型和高强型碳纤维，以及超高强型碳纤维（其抗张强度高于5.0GPa）和超高模型碳纤维（其模量高于500GPa）［3］o碳纤维简介.应用及国内外主要生产厂家1.基本介绍碳纤维是主要由碳元素组成的纤维状碳材料，其化学组成中碳元素占总质量的90%以上，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。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。其杨氏模量是传统玻璃纤维（GF）的3倍多，是新一代增强纤维，居近代五大增强纤维CF、BF（硼纤维）、KF（芳纶纤维）、AF（氧化铝纤维）、SF（碳化硅纤维）之首。碳纤维被誉为21世

5、纪的“新材料之王”，具有优越的物理和化学性能，其同体积重量不到钢的1/4,但抗拉强度是钢的7〜9倍。由于碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，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°C以上的高温惰性环境屮，碳材料是唯一强度不下的物质，是其它主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。此外，碳纤维还兼有其它多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽性、尺寸稳定性好等，被大量用作复合材料的增强材料。用碳纤维制成的树脂基复合材料比模量比钢和

6、铝合金高5倍，比强度高3倍以上。同时，具有优越的耐热冲击、耐烧蚀性能，因而在航空、航天工业、汽车运动车辆和钓具等领域中得到广泛应用［1］。2.分类目前军事及商业用碳纤维依原料的不同可以区分为三大类，分别为聚丙烯月青系（PAN・based）沥青系（Pitch・based）气相成长系碳纤维（Vapo「grownfiber）。目前工业生产中主要采用聚丙烯膳纤维（PAN）为原丝来生产碳纤维。以PAN纤维为例，制造碳纤维的流程一般分三个连续步骤。首先，在氧气气氛下进行氧化稳定处理。经氧化处理后的纤维在惰性气氛下，进行温度为1000〜1500°C的碳化处理。最后，在惰性气氛下

7、，温度为1500〜3000°C石墨化处理，以提高结晶沿纤维轴方向的有序化程度和取向度［2］。根据碳纤维的性能不同,又常分为:普通型、高模型和高强型碳纤维，以及超高强型碳纤维（其抗张强度高于5.0GPa）和超高模型碳纤维（其模量高于500GPa）［3］o1.优异的理化性质碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两人特征，是一种的力学性能优异的新材料。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。[4]碳纤维的化学性质与碳相似，它除了能被强氧化剂氧化外，耐碱性能优异。在空气中温度高于400°C吋则岀现明显的氧化，生成C

8、O与CO2