碳纤维材料

PAN基碳纤维的炭 原油 化收率比粘胶纤维 高，可达45％以上， 丙烷 而且因为生产流程， 溶剂回收，三废处 理等方面都比粘胶 纤维简单，成本低， 原料来源丰富，加 上聚丙烯腈基碳纤 维的力学性能，尤 其是抗拉强度，抗 拉模量等为三种碳 纤维之首。
合成油剂
氨
水溶剂
油剂聚氧化乙烯（PEO）
丙烯腈(AN)
机械工程材料
碳纤维材料
技术部设计 XXX
碳纤维
1959年，日本科学家近藤(Shindo)首 先发明了用聚丙烯腈（PAN）纤维制造碳 纤维，如今碳纤维已发展成为独立完整的 新型工业体系，并被喻为是当今世界上材 料综合性能的顶峰，是21世纪的黑色革命。
碳纤维材料
成分结构
成分结构
碳纤维（carbon fiber，简称CF），它是由有机纤维 经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微
氧化，生成CO与CO2；
5.碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收 有毒气体和减速中子等特性。
碳纤维材料
碳纤维的分类
碳
纤
按状态分为长丝、短纤
维
维和短切纤维；按力学性能
的
分为通用型和高性能型 。高 性能型碳纤维又分为高强型 和高模型，强度再大的还有
分 类
超高强型和超高模型。随着
航天和航空工业的发展，还
碳纤维应用实例
F46：四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物
碳纤维发热线
碳纤维应用实例
碳纤维在工业中的应用
传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作 为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。 碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工 韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽 车板簧和驱动轴等。
碳纤维材料
应用领域
碳纤维应用实例
碳纤维在日常生活中的运用
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。 在多个领域都出现了碳纤维材料的身影，比如说滑雪 板、棒球棒、赛车、自行车以及各种体育服装用品中。
碳纤维外壳的ThinkPad
碳纤维三脚架
碳纤维自行车
碳纤维应用实例
碳纤维医疗填平床板
集热管 太阳能热水器
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材 料。。
六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
七、突出的阻尼与优良的透声纳
利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声 纳导流罩等。
八、高X射线透射率
此特点已经在医疗器材中得到应用。
九、疲百度文库强度高
碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数 百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为 40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计 制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。
聚丙烯腈(PAN)
纺丝
PAN原丝
预氧化炉
炭化炉 电解质溶液碳酸氨 上浆剂溶液EP树脂
预氧化 炭化 表面处理 碳纤维
废气处理工 程
收丝、包装
碳纤维成品
PAN基碳纤维生产的流程图
碳纤维材料
物理性质
1.碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加
物 理 性
工性两大特征； 2.它的重量很轻；
3.碳纤维具有极好的纤度（是9000m长纤维的 克数)；
质
2.碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动
势为负值，则当碳纤维复合材料与铝合金组
合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐
蚀现象；
化 学
3.碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有 良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔 萃，完全不存在生锈的问题；在强酸作用下
性
发生氧化，对一般碱性为惰性的；
质
4.在空气中温度高于400℃时则出现明显的
二、热膨胀系数小
绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数（固体在温度每升 高1K时长度或体积发生的相对变化量），室内为负数（0.5～-1.6）×10^-6/K，在200～400℃时为零，在小于
1000℃时为1.5×10^-6/K。由它制成的复合材料膨胀系
数自然比较稳定，可作为标准衡器具。
碳纤维数显卡尺
三、导热性好
通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导 热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、 传热均匀的导热壳体材料。
四、耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是 最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有 机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。 我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不 断降低，其应用范围会越来越广。
观结构类似人造石墨(C原子层状排列)，是乱层石墨结构。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到 钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在 3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为 230000~430000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材 料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上， 而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也 比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈 高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在 工程的广阔应用前景。（1Mpa约等于10公斤压力。）
出现了高强高伸型碳纤维，
其延伸率大于2%。用量最多
的是聚丙烯腈(PAN)基碳纤
维。
碳纤维材料
碳纤维的特性
碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、 高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点。
一、轻质、高强度、高模量
碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在 2200Mpa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比 绝大多数金属的比强度(材料的强度除以其表观密度)高7倍 以上，比模量（单位密度的弹性模量）为金属的5倍以上。 由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车 工业、运动器材等。
质 4.在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受
3000℃以上的高温，具有突出的耐热性能；
5.碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降 ，而且温度越高，纤维强度越大；
6.另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在 液氮温度下也不脆化。
碳纤维材料
化学性质
化
学 性
1.碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤 维 。所以它化学性质与碳相似；