碳纖維及其復(fù)合材

碳纖維及其復(fù)合材料

碳纖維概念碳纖維種類碳纖維的結(jié)構(gòu)和性能2、碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用3、碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)方法1、概述

概述

CF是有機(jī)纖維在惰性氣體中經(jīng)高溫碳化而成的纖維狀碳化合物。或：纖維化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量90％以上的纖維。Notes：只有在碳化過程中不熔融，不劇烈分解的有機(jī)纖維才能作為CF的原料。有些纖維要經(jīng)過予氧化處理后才能滿足這個(gè)要求。

CF分類按原絲類型按碳纖維性能按碳纖維的功能按制造條件和方法CF分類方法按原絲類型分類聚丙烯腈基粘膠基瀝青基木質(zhì)素纖維基其他有機(jī)纖維基:天然纖維、再生纖維、縮合多環(huán)芳香族等合成纖維.按碳纖維

性能分類高強(qiáng)度CF（HS）高模量CF（HM）超高強(qiáng)CF（UHS）超高模CF（UHM）高強(qiáng)－高模CF中強(qiáng)－中模CF等通用級CF：拉伸強(qiáng)度<1.4GPa，拉伸模量<140GPa高性能CF按制造條件及方法分類碳纖維：碳化溫度1200～1500oC，碳含量95％以上。

活性炭纖維：氣體活化法，CF在600～1200oC,用水蒸汽、CO2、空氣等活化。氣相生長碳纖維：惰性氣氛中將小分子有機(jī)物在高溫下沉積成纖維－晶須或短纖維。

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石墨纖維：石墨化溫度2000oC以上，碳含量99％以上。

石墨：六方晶系碳纖維：亂層石墨結(jié)構(gòu)最基本的結(jié)構(gòu)單元：石墨片層二級結(jié)構(gòu)單元：石墨微晶(由數(shù)張或數(shù)十張石墨片層組成)

三級結(jié)構(gòu)單元：石墨微晶組成的原纖維。直徑在50nm左右，彎曲，彼此交叉的許多條帶狀組成的結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)和性能CF由皮層、芯層及中間過渡區(qū)組成。皮層：微晶較大，排列有序。芯層：微晶減小，排列紊亂，結(jié)構(gòu)不均勻。

皮芯層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和性能化學(xué)性能物理性能碳纖維具有穩(wěn)定價(jià)態(tài)，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)！耐強(qiáng)酸，耐強(qiáng)堿等優(yōu)異性能！耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱比重不到鋼的1/4抗拉強(qiáng)度是鋼的7~9倍碳纖維的最為突出的主要性能是強(qiáng)度大、模量高和密度低。此外，還有耐高溫可在2000℃下使用，3000℃非氧化氣氛中不熔不軟；耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)小和熱傳導(dǎo)性好；耐腐蝕方面能耐濃鹽酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等介質(zhì)的浸蝕；與其它材料相容性高、與生物的相容性好；又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，易于復(fù)合，設(shè)計(jì)自由度大。碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用由于碳纖維有許多性能上的優(yōu)勢，所以碳纖維的復(fù)合材料現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、能源交通、信息通訊和建材等領(lǐng)域。例如，在航天和軍事領(lǐng)域，碳纖維被用來制造航天飛機(jī)的軌道器、火箭和導(dǎo)彈的輕質(zhì)用材、人造衛(wèi)星的各種結(jié)構(gòu)；在航空高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，則被用來制造電子對撞機(jī)的構(gòu)件、鈾的分離與濃縮、先進(jìn)客機(jī)制造（15%用材）、戰(zhàn)斗機(jī)輕量化、制動(dòng)材料等。碳纖維布

又稱碳素纖維布,碳纖布,碳布,碳纖維織

一

按碳纖維原絲不同主要可以分為:

1,PAN基碳纖維布(市場上90%以上為該種碳纖維布);2,黏膠基碳纖維布;3,瀝青基碳纖維布

.

二

按碳纖維規(guī)格不同主要可以分為:

,1K碳纖維布;,3K碳纖維布,,6K碳纖維布;12K碳纖維布;24K及以上大絲束碳纖維布。單向碳纖維布主要用于建筑橋梁加固，提高建筑橋梁抗震度，市場用的廣泛日本東麗UT70-20，200g/m2,UT70-30，300g/M2。

澳航A380的經(jīng)濟(jì)航班碳纖維如果您有機(jī)會(huì)去到一澳航航班的A380飛機(jī)上，您會(huì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)艙座位都是碳纖維！我們收集了幾張澳航的新A380飛機(jī)的碳纖維部件圖片和碳纖維的愛好者一起分享。

有什么比法拉利F430和蘭博基尼Murcielago

LP640超級跑車快？

Lucra的名字說了很多。但是，這個(gè)代號為LC470品牌，為碳纖維汽車愛好者創(chuàng)造了更多精彩。倫敦科學(xué)博物館展出碳纖“F1方程式”自行車試想一下，當(dāng)我們讓F1方程式賽車的設(shè)計(jì)者來重新設(shè)計(jì)一輛自行車的話，那將是什么樣子呢？現(xiàn)在BERU

f1systems，F(xiàn)1方程式價(jià)值100萬美元賽車的設(shè)計(jì)者確實(shí)為我們帶來一輛出自他們之手的自行車，名為Factor

001，每輛售價(jià)3.4萬美元。

碳纖維廣泛應(yīng)于體育用品方面有曲棍球桿、高爾夫球桿、碳纖維滑雪板、冰壺桿、碳纖維山地自行車等。碳纖維復(fù)合材料在電線電纜中的應(yīng)用

１．和同樣直徑的ACSR電纜相比，可以提供雙倍的載流容量。２．有效解決電纜下垂問題。３．可以在更高的溫度下工作，最高可達(dá)200攝氏度。

４．線芯可以抗腐蝕，而且沒有雙金屬間腐蝕問題。

５．因?yàn)榭梢蕴峁└叩妮d流容量，所以同時(shí)也有效的降低了工程成本。

６．與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納28%的導(dǎo)體。

７．高強(qiáng)度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量，或降低電纜架的高度。

８．有效減少電纜下垂，使地面生物更加安全。3.碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)方法成型方法：拉擠法模壓法纏繞法目前常見的碳纖維管、碳纖維板等制品，多數(shù)為拉擠法或模壓法。

拉擠成形工藝（pultrusionprocess）送紗→浸膠→預(yù)成形→固化成形→牽引→恒定截面型材設(shè)備價(jià)低，生產(chǎn)率高，原料利用率高制品方向性強(qiáng)，剪切強(qiáng)度低適用于不同界面形狀的長條狀、板狀等型材。拉擠工藝制品工藝簡單，屬經(jīng)牽引、擠壓而固化成材，優(yōu)點(diǎn)是可規(guī)?；a(chǎn)，成本較低，一般按照每米、每公斤來定價(jià)；缺點(diǎn)是制品強(qiáng)度不高，只能用于一般的展示或裝飾用途。如需得到高強(qiáng)度的碳纖維制品，就只能通過模壓法、卷制加纏繞等工藝來實(shí)現(xiàn)了。②模壓成型工藝（pressmoulding）

模壓成型工藝是復(fù)合材料生產(chǎn)中最古老而又富有無限活力的一種成型方法。它是將一定量的預(yù)混料或預(yù)浸料加入金屬對模內(nèi)，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。

模壓成型工藝按增強(qiáng)材料物態(tài)和模壓料品種可分為如下幾種

:

短纖維料模壓法、氈料模壓法、碎布料模壓法、層壓模壓法、纏繞模壓法、織物模壓法、定向鋪設(shè)模壓法、預(yù)成形坯模壓法、片狀模塑料模壓法等。

模壓成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：①生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和自動(dòng)化生產(chǎn)；②產(chǎn)品尺寸精度高，重復(fù)性好；③表面光潔，無需二次修飾；④能一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品；⑤因?yàn)榕可a(chǎn)，價(jià)格相對低廉。模壓成型的缺點(diǎn)在于模具制造復(fù)雜，投資較大，加上受壓機(jī)限制，最適合于批量生產(chǎn)中小型復(fù)合材料制品。

樹脂配制→纖維烘干→浸膠→膠紗烘干→纏繞→固化→檢驗(yàn)、加工→制品

纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維（或布帶、預(yù)浸紗）按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，獲得制品。根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。

③纏繞成型工藝1）干法纏繞

干法纏繞是采用經(jīng)過預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶，在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。（制品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)率高；但投資大，層間剪切強(qiáng)度低）（2）濕法纏繞

濕法纏繞是將纖維集束（紗式帶）浸膠后，在張力控制下直接纏繞到芯模上。（勞動(dòng)條件差，強(qiáng)度大，質(zhì)量不易控制，不易自動(dòng)化；）（3）半干法纏繞

半干法纏繞是纖維浸膠后，到纏繞至芯模的途中，增加一套烘干設(shè)備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比，省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備；與濕法相比，可使制品中的氣泡含量降低。

三種纏繞方法中，以濕法纏繞應(yīng)用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高