碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

1、 班級(jí)：13級(jí)高分子材料與工程姓名：學(xué)號(hào)： 內(nèi)容 一.碳纖維及其復(fù)合材料概況二.碳纖維的特性、結(jié)構(gòu)及分類(lèi)三.碳纖維的應(yīng)用與發(fā)展1.碳纖維及復(fù)合材料簡(jiǎn)述：。1860年，英國(guó)人瑟夫斯旺（J.Swan）將細(xì)長(zhǎng)的棉線紙化制取碳絲，以此制作電燈的燈絲，這是人類(lèi)第一次記載使用碳纖維。碳纖維作為一種高性能纖維,具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、耐輻射、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。此外,還具有纖維的柔曲性和可編性。一.碳纖維及其復(fù)合材料概況碳纖維及其復(fù)合材料概況碳纖維既可用作結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷,又可作為功能材料發(fā)揮作用。因此碳纖維及其復(fù)合材料近幾年發(fā)展十分迅速，目前日本是

2、碳纖維的最大制造國(guó)（特別在PAN原絲的d制造技術(shù)和產(chǎn)量方面），美國(guó)是碳纖維的最大應(yīng)用國(guó)。這次將就碳纖維的特性、分類(lèi)及其在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用等內(nèi)容進(jìn)行介紹。碳纖維微觀結(jié)構(gòu)圖2.碳纖維的發(fā)展簡(jiǎn)史： 碳纖維及其復(fù)合材料概況年年 份份主主 要要 事事 項(xiàng)項(xiàng)1860187818791882191119501959196219631964196519701971英國(guó)瑟夫斯旺（J.Swan）制作碳絲燈泡英國(guó)瑟夫斯旺（J.Swan）以棉紗試制碳絲愛(ài)迪生以油煙與焦油、棉紗和竹絲試制碳絲（持續(xù)照明45h）碳絲電燈實(shí)用化鎢絲電燈實(shí)用化（1910年發(fā)明）美國(guó)Wright-Patterson空軍基地開(kāi)始研制黏膠基碳纖維

3、美國(guó)UCC公司生產(chǎn)低模量黏膠基碳纖維“Thornel-25”日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所的進(jìn)藤昭男發(fā)明了PAN基碳纖維日本碳公司開(kāi)始生產(chǎn)低模量PAN基碳纖維（0.5t/month）英國(guó)皇家航空研究所（RAE）的瓦特和約翰遜成功地打通了制造高性能PAN基碳纖維（在熱處理時(shí)施加張力）的技術(shù)途徑英國(guó)Courtaulds, Morganite和Roll-Roys公司利用RAE技術(shù)生產(chǎn)PAN基碳纖維日本群馬大學(xué)的大谷杉郎發(fā)明了瀝青基碳纖維美國(guó)UCC公司開(kāi)始生產(chǎn)高模量瀝青基碳纖維（石墨化過(guò)程中牽伸）日本吳羽化學(xué)公司生產(chǎn)瀝青基碳纖維（10t/month）日本東麗公司與美國(guó)UCC公司進(jìn)行技術(shù)合作日本東麗公司工業(yè)規(guī)?；?/p>

4、產(chǎn)PAN基碳纖維（1t/month），碳纖維牌號(hào)為T(mén)300，石墨纖維為M40碳纖維及其復(fù)合材料概況續(xù)表：年年 份份主主 要要 事事 項(xiàng)項(xiàng)197219731974197519761979198019811984198619891992美國(guó)Hercules公司開(kāi)始生產(chǎn)PAN基碳纖維日本用碳纖維制造釣竿，美國(guó)用碳纖維制造高爾夫球棒日本東邦人造絲公司開(kāi)始生產(chǎn)PAN基碳纖維（0.5t/month）日本東麗公司擴(kuò)產(chǎn)5t/month碳纖維釣竿、高爾夫球棒迅速發(fā)展日本東麗公司擴(kuò)產(chǎn)13t/month碳纖維網(wǎng)球拍商品化美國(guó)UCC公司公布利用中間相瀝青制造高模量瀝青基碳纖維“Thornel-P”美國(guó)UCC公司的高性

5、能瀝青基碳纖維商品化日本東邦人造絲公司與美國(guó)賽蘭尼斯進(jìn)行技術(shù)合作日本住友化學(xué)與美國(guó)赫格里斯（Hercules）成立聯(lián)合公司日本碳公司與旭化成工業(yè)公司成立旭日碳纖維公司美國(guó)波音公司提出需求高強(qiáng)度、大伸長(zhǎng)的碳纖維日本三菱人造絲公司與美國(guó)Hitco公司進(jìn)行技術(shù)合作日本東麗公司研制成功高強(qiáng)中模碳纖維T800日本東麗公司研制成功高強(qiáng)中模碳纖維T1000日本東麗公司研制成功高強(qiáng)中強(qiáng)碳纖維M60日本東麗公司研制成功高強(qiáng)中強(qiáng)碳纖維M70J、楊氏模量高達(dá)690GPa二.碳纖維的特性、結(jié)構(gòu)及分類(lèi)1.碳纖維主要具備的特性:碳纖維的性質(zhì)主要包括力學(xué)性質(zhì)（強(qiáng)度、模量、伸長(zhǎng)），熱學(xué)性質(zhì)（熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹），化學(xué)性質(zhì)（

6、氧化性、腐蝕性），電、磁學(xué)等性質(zhì)。就綜合性質(zhì)而言，碳纖維是一種優(yōu)異增強(qiáng)材料，下面主要是其所具備的一些特性密度小、質(zhì)量輕,碳纖維的密度為1.5 2g/cm 3,相當(dāng)于鋼密度的1/4、鋁合金密度的1/2；強(qiáng)度、彈性模量高,其強(qiáng)度比鋼大4 5倍,彈性回復(fù)為100%;熱膨脹系數(shù)小,導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降,耐驟冷、急熱,即使從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫也不會(huì)炸裂;碳纖維的特性摩擦系數(shù)小,并具有潤(rùn)滑性;導(dǎo)電性好,25時(shí)高模量碳纖維的比電阻為775/cm,高強(qiáng)度碳纖維則為1500/cm;耐高溫和低溫性好,在3000非氧化氣氛下不熔化、不軟化,在液氮溫度下依舊很柔軟,也不脆化;耐酸性好,對(duì)酸呈惰性,能耐濃鹽

7、酸、磷酸、硫酸等侵蝕，此外碳纖維還具有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和使中子減速等特性。碳纖維的品種與規(guī)格碳纖維與玻璃纖維一樣，有長(zhǎng)纖維、短纖維，有布、氈，有扭繩或編制繩、三向或多向立體織物等不同形式的產(chǎn)品供應(yīng)。如下將列出主要碳纖維的品種與和性能。碳纖維的特性主要碳纖維的品種和性能碳纖維的特性碳纖維的結(jié)構(gòu)2.碳纖維的結(jié)構(gòu):碳纖維具有較高的強(qiáng)度和模量是與其結(jié)構(gòu)分不開(kāi)的，碳纖維的結(jié)構(gòu)取決于原絲結(jié)構(gòu)和碳化工藝,但無(wú)論用哪種材料,碳纖維中碳原子平面總是沿纖維軸平行取向，與石墨晶體類(lèi)似。石墨晶體是三維有序的各項(xiàng)異性材料，沿層平面方向具有非常高的模量，試想發(fā)展層平面與纖維軸向一致的纖維材料，必將會(huì)具有

8、高模量由此導(dǎo)致了碳纖維問(wèn)世。CF的結(jié)構(gòu)石墨片層 石墨微晶（亂層結(jié)構(gòu)） 石墨原纖（條帶結(jié)構(gòu)）碳纖維碳纖維的結(jié)構(gòu)碳纖維結(jié)構(gòu)示意圖用X-射線、電子衍射和電子顯微鏡研究發(fā)現(xiàn),真實(shí)的碳纖維結(jié)構(gòu)并不是理想的石墨點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),而是屬于亂層石墨結(jié)構(gòu),如右圖所示：構(gòu)成此結(jié)構(gòu)的基元是六角形碳原子的層晶格,由層晶格組成層平面。在層平面內(nèi)的碳原子以強(qiáng)的共價(jià)鍵相連,其鍵長(zhǎng)為0.1421nm;在層平面之間則由弱的范德華力相連,層間距在0.3360 0.3440nm之間;層與層之間碳原子沒(méi)有規(guī)則的固定位置,因而層片邊緣參差不齊。處于石墨層片邊緣的碳原子和層面內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整的基礎(chǔ)碳原子不同。層面內(nèi)部的基礎(chǔ)碳原子所受的引力是對(duì)稱(chēng)的,

9、鍵能高,反應(yīng)活性低;處于表面邊緣處的碳原子受力不對(duì)稱(chēng),具有不成對(duì)電子,活性比較高。因此,碳纖維的表面活性與處于邊緣位置的碳原子數(shù)目有關(guān)。碳纖維的分類(lèi)3.碳纖維的分類(lèi):(1)根據(jù)碳纖維的力學(xué)性能可分為：通用級(jí)碳纖維（GP）和高性能碳纖維（HP）,其中高性能碳纖維又包括中強(qiáng)型（MT）、高強(qiáng)型(HT)、超高強(qiáng)型（UHT）、中模型（IM）、高模型（HM）和超高模型（UHM）等幾種,其高性能碳纖維（HP）的性能如下表性能性能碳纖維碳纖維UHMHMUHTHTIM拉伸模量/GPa400300400200350200250180200拉伸強(qiáng)度/GPa1.71.72.762.02.752.73.0含碳量/%99

10、.899.096.594.599.0碳纖維的分類(lèi)碳纖維的分類(lèi)聚丙烯腈基碳纖維（PAN-based）:聚丙烯腈基碳纖維由聚丙烯腈經(jīng)紡絲、預(yù)氧、碳化幾個(gè)階段形成。具有高強(qiáng)度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕、優(yōu)異的電性能等特點(diǎn),并具有很強(qiáng)的抗壓抗彎性能,一直在增強(qiáng)復(fù)合材料中保持著主導(dǎo)地位。瀝青基碳纖維（pitch-based）:瀝青基碳纖維是以石油瀝青或煤瀝青為原料,經(jīng)瀝青的精制、紡絲、預(yù)氧化、碳化或石墨化而制成。生產(chǎn)原料成本低于聚丙烯腈基碳纖維。黏膠基碳纖維（rayon-based）:黏膠基碳纖維是由主要成分為纖維素的粘膠纖維經(jīng)過(guò)脫水、熱解然后碳化而得來(lái)的。氣相生長(zhǎng)碳纖維（vapor phase-

11、based）:氣相生長(zhǎng)碳纖維是以苯、甲烷等做原料經(jīng)過(guò)渡金屬鐵、鈷、鎳等它們的合金、化合物為催化劑，氫氣作載氣在還原性氣氛中制成。(2)根據(jù)先驅(qū)體纖維原料的類(lèi)型可分為：碳纖維的分類(lèi)（3）根據(jù)使用目的不同可選用各種基體材料和復(fù)合方式來(lái)達(dá)到所要求的復(fù)合效果。碳纖維可用來(lái)增強(qiáng)樹(shù)脂、碳、金屬及各種無(wú)機(jī)陶瓷,而目前使用得最多、最廣泛的是樹(shù)脂基復(fù)合材料。i.碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料陶瓷具有優(yōu)異的耐蝕性、耐磨性、耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性,廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用產(chǎn)品。但是,它的致命弱點(diǎn)是脆性大,并且對(duì)裂紋、氣孔和夾雜物等細(xì)微的缺陷很敏感。用碳纖維增強(qiáng)陶瓷可有效地改善韌性,改變陶瓷的脆性斷裂形態(tài),同時(shí)阻止裂紋在陶瓷基體

12、中的迅速傳播、擴(kuò)展。目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料（Carbon Fibers Reinforced Silicon Carbide Ceramic Matrix Composites，CFRCMCs）是碳纖維增強(qiáng)碳化硅材料,因其具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能,在高溫下服役不需要額外的隔熱措施,因而在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、可重復(fù)使用航天飛行器等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。ii.C/C復(fù)合材料C/C復(fù)合材料是碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料的簡(jiǎn)稱(chēng),也是一種高級(jí)復(fù)合材料。它是由碳纖維或織物、編織物等增強(qiáng)碳基復(fù)合材料構(gòu)成。碳/碳復(fù)合材料主要由各類(lèi)碳組成,即纖維碳、樹(shù)脂碳和沉積碳。這種完全由人工設(shè)計(jì)、制造出來(lái)的純碳元素構(gòu)成的

13、復(fù)合材料具有許多優(yōu)異性能,除具備高強(qiáng)度、高剛性、尺寸穩(wěn)定、抗氧化和耐磨損等特性外,還具有較高的斷裂韌性和假塑性。特別是在高溫環(huán)境中,強(qiáng)度高、不熔不燃,僅是均勻燒蝕。這是任何金屬材料無(wú)法與其比擬的。因此廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭,固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管以及飛機(jī)剎車(chē)盤(pán)等高科技領(lǐng)域。碳纖維的分類(lèi)碳纖維的分類(lèi)iii.碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Metal,CFRM)是以碳纖維為增強(qiáng)纖維,金屬為基體的復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料與金屬材料相比,具有高的比強(qiáng)度和比模量，碳纖維-鋁合金復(fù)合材料在400 高溫下，強(qiáng)度和彈性模量基本無(wú)變化;與碳纖維

14、增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，具有高的耐熱性；與陶瓷相比,具有高的韌性和耐沖擊性能。金屬基體多采用鋁、鎂、鎳、鈦及它們的合金等。目前,在制備碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時(shí)碳纖維的表面改性主要采用氣相沉積、液鈉法等,但由于纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料所用長(zhǎng)纖維的價(jià)格昂貴,制備工藝復(fù)雜,限制了碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。iv.碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)是目前最先進(jìn)的復(fù)合材料之一。它以輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料,是其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所無(wú)法比擬的。所用的

15、基體樹(shù)脂主要分為兩大類(lèi),一類(lèi)是熱固性樹(shù)脂,另一類(lèi)是熱塑性樹(shù)脂。熱固性樹(shù)脂由反應(yīng)性低分子量預(yù)集體或帶有活性基團(tuán)高分子量聚合物組成。CFRP在航空航天領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用,人們甚至將CFRP在航天結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的規(guī)模視為衡量航天結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。隨著碳纖維成本的降低以及復(fù)合材料制造技術(shù)的發(fā)展,土木建筑和海底油田將是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的新增長(zhǎng)點(diǎn)。以碳纖維復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料制作建筑物的橫梁、抗震結(jié)構(gòu),補(bǔ)強(qiáng)、修補(bǔ)或加固橋梁,制造油田勘探和開(kāi)采器材以及平臺(tái)、油、氣儲(chǔ)罐等將會(huì)有很大的發(fā)展。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料分類(lèi)三.碳纖維的應(yīng)用與發(fā)展1.發(fā)展簡(jiǎn)述對(duì)于近年碳纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展來(lái)看，在航空航天領(lǐng)域

16、PAN-CF已成為重要的主導(dǎo)材料，汽車(chē)和風(fēng)電葉片則是未來(lái) CFRP的重要市場(chǎng)。日本在CFRP研發(fā)方面，比美歐晚1020 年，然而近年來(lái)發(fā)展迅速，而且在碳纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂的成型工藝方面都有所創(chuàng)新，值得我國(guó)借鑒。碳纖維復(fù)合材料是一種高性能、多功能的先進(jìn)復(fù)合材料。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于碳纖維復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)主要集中于復(fù)合材料的制備與工藝優(yōu)化以及復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的損傷破壞和承載能力分析等領(lǐng)域。相信隨著我國(guó)在碳纖維生產(chǎn)以及復(fù)合材料制備工藝領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展,碳纖維及其復(fù)合材料在建筑、交通、化工等民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景將十分樂(lè)觀,而其在航空航天及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。碳纖維長(zhǎng)絲預(yù)浸料單向預(yù)浸料

17、（無(wú)緯布）雙向預(yù)浸料（帶、布）束絲預(yù)浸料織物二維織物三維織物多維織物短切纖維紙粒料微纖（研磨）鍍、噴金屬各種浸漬物短切復(fù)合纖維包覆塑料導(dǎo)線電纜碳纖維很少直接應(yīng)用，大多是經(jīng)深加工制成中間產(chǎn)物或復(fù)合材料，碳纖維及其深加工制品如圖右：碳纖維應(yīng)用與發(fā)展碳纖維應(yīng)用與發(fā)展2.碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和復(fù)合技術(shù)的不斷地提高，碳纖維復(fù)合材料的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域也逐步的拓寬，接下來(lái)將通過(guò)其在不同應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)要做一些介紹。(1)在高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用i.在航空航天及軍事方面的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們?nèi)祟?lèi)的活動(dòng)范圍延伸至地球以外的太空，各種宇宙飛行器、探測(cè)器、空間站和人造衛(wèi)星等在太空中運(yùn)行飛行，在這

18、復(fù)雜環(huán)境中飛行碳纖維復(fù)合材料起了不可替代的作用。在宇宙航天及戰(zhàn)略武器方面應(yīng)用的主要碳纖維增強(qiáng)材料是C/C復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，可克服在地球大氣層及在太空中高溫、輻射、沖擊磨損、使用壽命和減重等系列問(wèn)題。碳纖維應(yīng)用與發(fā)展類(lèi)類(lèi) 別別應(yīng)應(yīng) 用用 實(shí)實(shí) 例例利用碳纖維的特性利用碳纖維的特性飛機(jī)一次結(jié)構(gòu)材料：主翼、尾翼、機(jī)體二次結(jié)構(gòu)材料：輔翼、方向舵、升降舵內(nèi)飾裝材料：舵底板、行李架、廁所、座椅制動(dòng)剎車(chē)盤(pán)、剎車(chē)片 隱身材料：結(jié)構(gòu)隱身材料輕量化、耐疲勞、耐熱性輕量化、耐疲勞、耐熱性輕量化、耐疲勞、耐熱性輕量化、耐疲勞、耐熱性耐磨損、導(dǎo)熱性宇宙飛行器衛(wèi)星：拋物面天線、太陽(yáng)能電池梁、殼體結(jié)構(gòu)材料

19、航天飛機(jī)：機(jī)翼、頭錐、剎車(chē)盤(pán)輕量化、尺寸穩(wěn)定性輕量化、耐燒蝕、耐熱導(dǎo)彈、火箭噴管、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、防熱材料、儀器艙、導(dǎo)彈發(fā)射筒輕量化、耐燒蝕、耐熱其它宇宙空間站、衛(wèi)星發(fā)電站、太空望遠(yuǎn)鏡輕量化、尺寸穩(wěn)定性、耐熱碳纖維及其復(fù)合材料在航空航天、軍事領(lǐng)域的應(yīng)用碳纖維應(yīng)用與發(fā)展ii.在高新技術(shù)方面的應(yīng)用在核聚變方面的應(yīng)用：氫（H）元素的原子核聚合，可釋放出巨大能量，稱(chēng)之為核聚變。輕核聚變的燃料是氘（D），海水中氘儲(chǔ)量豐富實(shí)現(xiàn)核聚變的裝置稱(chēng)TOKA-MAK。核聚變過(guò)程氫原子同位素氘和氚（T）形成燃料生成氦（He），并釋放高能中子（n），研究中子輻射材料格外重要。而C/C復(fù)合材料具有耐高溫、抗核輻射、極低中激活和

20、中子傷害容限等特性，以其代替石墨作第一內(nèi)壁的熱內(nèi)襯，裝置在失控或運(yùn)行不正常時(shí)C/C復(fù)合材料可作為原液的緊靠件。鈾的分離與濃縮：新一代鈾(U)的濃縮采用高分離系數(shù)的激光分離法，采用極銳利激光照射鈾，僅被 235U吸收使之分離化，并在電極板上 回收，電極板可采用。C/C復(fù)合材料正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)配套的CFRP構(gòu)件：正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是研究物質(zhì)世界最基本單元的夸克和輕 子的設(shè)備及儀器，可采用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的濕式纏繞工藝制得束流管主漂移室內(nèi)、外同構(gòu)件。碳纖維應(yīng)用與發(fā)展（2）在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用i.汽車(chē)及交通運(yùn)輸領(lǐng)域中應(yīng)用在全球節(jié)能減排的大潮流下，汽車(chē)輕量化的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，尤其對(duì)于新型混合動(dòng)力汽車(chē)。汽

21、車(chē)工業(yè)采用新材料使其輕量化，可顯著提高汽車(chē)的整體性能并節(jié)省燃油，使每加侖（1US gal=3.7854dm3）汽油行駛里程顯著提高。減少行駛阻力是降低汽車(chē)耗油技術(shù)的一個(gè)重要途徑，減小行駛阻力最有效措施是減輕車(chē)的重量，CFRP制造汽車(chē)部件的減重效果如下，減重效果一般在50%以上部件名稱(chēng)部件名稱(chēng)鋼制件鋼制件/KgCFRP制件制件/Kg減重減重/%部件名稱(chēng)部件名稱(chēng)鋼制件鋼制件/KgCFRP制件制件/Kg減重減重/%傳動(dòng)軸小汽車(chē)5.62.9548門(mén)框7.23.1759載重汽車(chē)75.022.770保險(xiǎn)杠18.17.360彈簧片小汽車(chē)12.73.2782懸臂1.30.8556載重汽車(chē)59.013.677A

22、/C托架2.50.6176車(chē)頂18.16.863門(mén)13.65.858CFRP制造汽車(chē)部件的減重效果碳纖維應(yīng)用與發(fā)展在鐵路交通運(yùn)輸上，磁懸浮列車(chē)磁鐵的核心部分是超導(dǎo)線圈并以液氦（4.2K）冷卻，該線圈在大氣溫度（300K）下的磁鐵外槽內(nèi)由負(fù)載支撐體支撐，支撐體除要求剛性和強(qiáng)度外，還應(yīng)具備隔熱性能，可采用CFRP作為使用材料。鐵路機(jī)車(chē)高速化需要車(chē)本身輕量化，需要采用大量的新材料。采用耐火優(yōu)異的酚醛樹(shù)脂為基體的CFRP不僅可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的輕量化，而且防火，運(yùn)行中噪聲低。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例利用特性利用特性汽車(chē)及火車(chē)使動(dòng)軸、片簧、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車(chē)輪、底盤(pán)、保險(xiǎn)杠、制動(dòng)器壓縮天然氣罐（CNG）、消音

23、壁（隔音墻）賽車(chē)底盤(pán)、車(chē)體及制動(dòng)器摩托車(chē)盤(pán)形制動(dòng)器線性發(fā)動(dòng)機(jī)牽引機(jī)車(chē)、超導(dǎo)列車(chē)的支撐件、集裝箱高速列車(chē)車(chē)廂及制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向架構(gòu)件、自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸高比強(qiáng)度、高比模量、減震吸能、耐疲勞、耐腐蝕、耐磨損碳纖維及其復(fù)合材料在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的具體應(yīng)用碳纖維應(yīng)用與發(fā)展ii.在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用作為一種較為先進(jìn)的材料，碳纖維可用于制造風(fēng)電葉片、新型電池、太陽(yáng)能暖屋、用于制造半導(dǎo)體單晶的坩堝等許多新能源領(lǐng)域的使用器材。例如，專(zhuān)家對(duì)風(fēng)電葉片預(yù)測(cè)，當(dāng)風(fēng)電葉片長(zhǎng)度超過(guò)40 m就需要部分使用碳纖維，當(dāng)前風(fēng)電裝備制造商經(jīng)營(yíng)舉步維艱，碳纖維在該領(lǐng)域的大批量應(yīng)用也非常艱難，可能的突破思路有兩條：第一是葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分利用碳纖維的優(yōu)

24、勢(shì)，全面創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第二，從葉片的設(shè)計(jì)要求看，碳纖維的模量（中模）是非常重要的指標(biāo)，是與玻璃纖維競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵所在，開(kāi)發(fā)中模大絲束，提升碳纖維的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例利用特性利用特性新能源1.分離油用超級(jí)離心機(jī)轉(zhuǎn)筒、核反應(yīng)堆第一壁材2.發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件及儲(chǔ)能飛輪、風(fēng)力發(fā)動(dòng)葉片3.太陽(yáng)能發(fā)電板、拋物面激光器、太陽(yáng)能熱水器4.燃料電池的電極材料、鉛電池的柵極、鋰電池電極材料5.海上油田勘探和開(kāi)采器材以及平臺(tái)、油、氣、儲(chǔ)罐及管道高比強(qiáng)度、高比模量輕、線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕導(dǎo)電減振碳纖維及其復(fù)合材料在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用碳纖維應(yīng)用與發(fā)展iii.在土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)

25、步，許多新型建材進(jìn)入市場(chǎng)。其中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在該領(lǐng)域發(fā)展較快，碳纖維是具有優(yōu)越的物理力學(xué)性能的新材料，也是目前性能最好、用途最多的增強(qiáng)纖維，在土木工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)中，使用較多的碳纖維增強(qiáng)塑料是碳纖維片材。碳纖維片材可代替鋼筋，沒(méi)有銹蝕現(xiàn)象，可用于高層建筑、海堤工程、橋梁隧道以及海上建筑等等。利用碳纖維的高比強(qiáng)度、高比模量輕、導(dǎo)電、加工性好的特點(diǎn)，具體的碳纖維及其復(fù)合材料可以在土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用有：高層建筑的幕墻、絕熱板，圓頂建筑的橫梁、薄材；自動(dòng)門(mén)地板、防靜電地板、采暖地板；增強(qiáng)混凝土，建筑物的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、修補(bǔ)、維修、加固；增強(qiáng)木材復(fù)合材料; 超長(zhǎng)鐵路橋、公路橋和人行橋的橋墩、隧道的加固及超

26、長(zhǎng)件，基礎(chǔ)設(shè)施、抗震結(jié)構(gòu)材料，碳纖維繩索。碳纖維應(yīng)用與發(fā)展碳纖維應(yīng)用與發(fā)展iv.在醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料和活性碳纖維制品在醫(yī)療器械、醫(yī)用器材等方面已廣泛應(yīng)用。主要是利用CFRP和活性碳纖維輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比模量、X射線透過(guò)性、與生物相親相容以及吸附滅菌功能等特性在醫(yī)用領(lǐng)域生產(chǎn)使用。碳纖維的醫(yī)療用途人造牙根、牙床 人造器官：人造心臟瓣膜、人造眼球人造關(guān)節(jié)、人造骨肌腱、韌帶1.生物體用材料 2.高性能醫(yī)療器械X射線儀、超聲波診斷儀、頭托CT掃描、膠片盒放射用床板手術(shù)臺(tái)、輪椅步行訓(xùn)練用具、擔(dān)架假肢3. 醫(yī)用器材外傷包扎帶血液滲濾器醫(yī)用電熱毯防毒服裝、口罩v.在體育娛樂(lè)方面的應(yīng)用世界碳纖維總量的三分之一用來(lái)制造體育娛樂(lè)器材。高檔的羽毛球拍、網(wǎng)球拍、釣竿、高爾夫球棒和自行車(chē)等幾乎都是以碳纖維復(fù)合材料制造的。確實(shí)的碳纖維在體育娛樂(lè)方面的應(yīng)用有很大、很廣闊的市場(chǎng)，對(duì)此，通過(guò)列表格的方式在應(yīng)用上做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹類(lèi)類(lèi) 別別應(yīng)應(yīng) 用用 實(shí)實(shí) 例例利用碳纖維的特性利用碳纖維的特性釣具釣竿、滑輪輕量化、剛性、敏感性網(wǎng)拍類(lèi)網(wǎng)球拍、羽毛球拍輕量化、剛性、敏感性高爾夫球高爾夫球棒、棒