产业用纺织品06.ppt

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1、新兴的学科重点：高性能纤维性能难点：分类、定义五、碳纤维1、前言——定义：碳纤维是指纤维的化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维。——碳纤维的研制并实现工业化生产始于二十世纪50年代。——1996年全世界碳纤维的总产量已经达到17000t，其中聚丙烯腈(PAN)基纤维占85%，其余的是沥青基纤维。由于聚丙烯腈基纤维作原料，其生产工艺比较简单，产品的力学性能优良，因此得到了大力发展。沥青基碳纤维，由于原料来源丰富，价格便宜，而且含碳量高，碳化后的制得率高，所以正在迅速发展，有可能在碳纤维的民用工业方面获得很好的推广应用。2、碳纤维的分类碳纤维的分类，按习惯大致有以下三种方法：（

2、1）、按原料分类：碳纤维（2）、按制造条件和方法分类：碳纤维（3）、按力学性能分类：碳纤维3、碳纤维的性能（十项优点；三项缺点）（1）、在纤维轴方向显示高抗拉强度和高弹性模量强度和弹性模量是衡量材料坚固程度的两个最重要的力学性能指标。高强度的碳纤维的抗拉强度可达到30~40吨/平方厘米，要比钢铁大四倍多。（2）、比重轻——1.7~2.2碳纤维比重只比一般塑料重一点。碳纤维的比重是铝合金的1/2，还不到钢铁的1/4。如按它的抗拉强度比钢铁大4倍，比铝合金大6倍计算，碳纤维的比强度比钢铁大16倍，比铝合金大12倍。由于碳纤维的比强度和比弹性模量特别高，所以对于那些要求全面减轻自重的

3、物体，如宇航用品、交通用品、体育比赛用品就有更大的意义。（3）、纤度细碳纤维的外表很平凡，粗看起来象人的头发，但比人的头发要细得多。将几十根碳纤维合在一起才和人的头发一样粗细。碳纤维细度可为0.05Tex。（4）、不生锈、耐腐蚀碳纤维不生锈，耐腐蚀。除了浓度大于75%的硝酸和硫酸外，盐酸、硝酸、硫酸和一些有机溶剂腐蚀不了碳纤维。把碳纤维放在一些酸液中，二百天后测量其弹性模量、强度和直径的变化，发现在浓度为50%的盐酸、硫酸和磷酸中没有明显的变化，在50%浓度的硝酸中只是稍有膨胀，其耐腐蚀性能远优于不锈钢。在一份硝酸（浓度70%）和三份盐酸（浓度37%）配成的“王水”中，碳纤维性

4、能不变。（5）、既能耐低温，又能耐超高温——在—180ºC的低温下，许多材料都变得很脆，而石墨纤维布在这么低的温度下却依旧是很柔软。——在3000~4000ºC的高温下，在没有氧气的情况下，碳纤维在这样的高温下也还是巍然不动。——一般材料的强度随着温度的升高都要大幅度降低，但碳材料却是唯一的一种在高温下随着温度升高而强度增大的材料。理论上，随着温度的升高，在2500ºC时，碳材料的强度不仅不降低，反而比室温的强度还要提高一倍。然而在现有的实际操作中，碳纤维随着温度升高而强度并不增加，但在2000ºC以上的高温下，碳纤维的强度和弹性模量却仍能基本保持。因此，碳纤维的耐高温性能还是

5、远远超过了一般材料。——碳纤维的升华温度高达3650ºC。（6）、能耐温度急变，热膨胀系数小——碳纤维的耐急冷急热性能很好，制品即使它从3000ºC的高温一下子猛降到室温也不会炸裂，这是因为它的线膨胀系数很低的缘故。——碳纤维受到温度变化时，在它的长度方向上不是热胀冷缩，而是热缩冷胀，它的膨胀系数是个负数。它的膨胀系数的绝对值比钢小几十倍，比玻璃要小上百倍，实际上近于零。——因此，碳纤维及其和某些塑料、金属做成的复合材料，可以用来制造精密仪器、精密量具和精密机车的零件。而且即使在温度变化较大的环境中使用，也还能保持其高度的精确性。（7）、常温下导热性能良好，高温下导热性能低导热

6、性是材料传导热量能力大小的一个物理性能指标。碳纤维在常温下导热性能较好，但它的导热性能是随着温度而变化的。随着温度的升高，碳纤维的导热性逐渐变低，在2000ºC以上的高温下，它的导热性要比在常温时低五、六倍。同时，碳纤维的高温导热性能比其它材料也要低得多（只有金属的百分之一，耐火粘土的十分之一）。因此，碳纤维是一种很好的高温隔热材料。用于火箭、真空电炉外壳，缩小了火箭和真空炉的体积和重量。（8）、突出的导电性能——碳纤维具有很好的导电性。——碳纤维由于是纤细的纤维结构，所以它的材质又与织物的性质有联系，碳纤维制成的碳线、碳布具有柔软性，可以作成柔软的“电阻丝”，用在一些特殊的环

7、境中，它们的电阻值可以通过制造过程中控制碳化温度来调节，所以电阻值能调得很高，使需要的电流相当微小，有利于接线的设计。同时，这种柔软的电阻丝在运行中不会变脆，不会产生局部过热，是一种电阻加热最有前途的新材料。由于碳纤维的电阻值可以调得很高，所以也可以做成表面积较大的发热元件。——碳纤维具有高的发射率，在1100ºC它的发射率为钨的二倍，故可用小电流产生大的辐射功率。（光）例如—用碳纤维织成能导电的毯子，可以做成工业上用的大面积均匀加热的暖房墙壁。——有人将一条2.5CM宽，1M长的石墨纤维织