东丽碳纤维增强复合材料的战略Toray’s Strategy for Carbon Fiber Composite Materials
碳纤维增强树脂基复合材料PPT课件
纤维
材料。
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碳纤维增强树脂基复合材料简介——碳纤维
➢ 碳纤维的特点：拉伸强度和拉伸模量高，密度低、比模量高 ，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性 好良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
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碳纤维增强树脂基复合材料简介——树脂基体
碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂： 热塑性树脂基体（乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等） 热固性树脂基体（环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等）
第三阶段：
应用于受力不大的 应用于承力大的结 应用于复杂受力结
构件，如各类操作 构件，如安定面、 构，如机身、中央
面、副翼、口盖、 全动平尾和主受力 翼盒等。
阻力板等。
结构机翼等。
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发展与应用——航空航天上的应用
➢ 航天应用： 1.军机应用 2.民机应用
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发展与应用——航空航天上的应用
➢ 航空应用 1.卫星及空间站的结构材料和部件 2.导弹用结构材料 3.运载火箭用结构材料
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发展与应用——在能源、汽车及其他工业部门的应用
对于未来的汽车工业，碳纤维复合材料将成为汽车 制造的主流材料。将在汽车发动机汽缸，机械驱动轴， 车体板和其他部件得到发展和应用。
同时也能在，在基建、兵器、医疗器械、体育休闲 用品等领域都存在巨大的市场潜力。
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成型技术
液体模塑成型技术（LCM）
其他低成本成型 技术还包括
纤维缠绕、拉挤 等
结构反应注射模塑
真空辅助树脂传递模塑（VARTM）
树脂渗透成型工艺（SCRIMP）
碳纤维的性能、应用及相关标准
聚丙烯腈基(PAN) 碳纤维的性能、应用及相关标准2010 年6 月15 日10:42 中国纤检摘要:聚丙烯腈基碳纤维就是一种力学性能优异的新材料, 在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。
本文简要介绍了国内外PAN 基碳纤维的发展历程与现状,PAN基碳纤维的制备、结构及性能及碳纤维的应用领域,详细介绍了PAN 基碳纤维相关标准及检测,并对未来发展进行了展望。
关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准碳纤维就是一种力学性能优异的新材料, 它不仅具有碳材料的固有特性, 又兼备纺织纤维的柔软可加工性, 就是新一代增强纤维。
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，就是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000Mpa~43000Mpa亦高于钢。
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。
碳纤维就是一种以聚丙烯腈(PAN) 、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，就是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械与土木建筑等民用领域也有着广泛应用。
PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好,因而发展很快,产量占到90%以上，成为最主要的品种。
1国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状1、1国外发展现状1959年，媒体报道的日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利，由于该工艺简单，产品力学性能优良，因此发展较快，开创了碳纤维的新时代。
世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产，现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维与以日本为代表的小丝束两大类。
日本与美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%[1]。
日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司（东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi）依靠其先进纺丝科学技术，形成高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还就是数量上均处于世界前三位，占据了世界78%左右的产量。
碳纤维增强复合材料及其应用研究
目前，生产和销售的产品结构采用玻璃钢（复合材料， 主要成分是树脂和玻璃纤维）箱体，其导热系数为 0.4W/（nk）， 密度为 2.3g/cm，且具备较高的拉伸强度，是一种综合性能 优异的复合材料。随着材料技术的不断更新发展，市场对于 轻量化需求日益突出，然而，在现有玻璃钢材料基础上，其 结构形式已无法实现更高的减重目标。碳纤维复合材料具有 质轻、比强度高、比刚度大、抗疲劳好、减震性好等特点， 本文将对不同铺层结构的碳纤维复合材料进行分析，结合产 品进行轻量化设计应用研究。 1 碳纤维增强复合材料
7.8
1.08
210
制造技术成熟，耐蚀性性好，成本低
机械性能较弱，强度偏低
1.5 ～ 2
2.0 ～ 7.0 200 ～ 700
力学性能优异，轻量化程度高
成本高，加工工艺复杂烦琐
1.4 ～ 2.5
1.5
42
优秀低绝缘、高低温及抗腐蚀能力，价格较低
性脆，耐磨性较差
保各部分的建设情况能够严格按照施工设计要求落实。 5 结语
（2）采用足够多的铺层，并使其纤维轴线与内力拉压 方向一致时，可以最大强度利用复合材料的高强度特性；
（3）避免相同纤维取向的铺层叠置； （4）对于较厚的层合板，相邻铺层纤维角度比一般不 超过 6°； （5）铺层中以 0°、±45°、90°的四种铺层角度， 每种占比应不少于 10%，以避免任何方向的基体直接受载； （6）载荷 0°方向时，避免采用 90°的层组，应该用
为了得到最优铺层方案，保证碳纤维复合材料满足刚 度需求，在初始设计过程中，根据铺层原理，选用环氧树 脂为基体，选用厚度为 0.3mm 的碳纤维板层，按照（0°、 45°、90°、-45°、0°）的铺层角度进行复合层板的设计， 本文以下所述碳纤维样片、碳纤维产品材料，均采用该铺层 方案进行设计和加工。 3 有限元分析及实验验证 3.1 有限元分析
碳纤维增强复合材料在军用舰船方面的应用及展望（5篇）
碳纤维增强复合材料在军用舰船方面的应用及展望（5篇）第一篇：碳纤维增强复合材料在军用舰船方面的应用及展望碳纤维增强复合材料在军用舰船方面的应用及展望碳纤维增强复合材料（CFRP）自问世以来就一直在军事领域特别是航空航天领域中发挥着重要作用。
近年来随着应用研究的发展，国内外对其在海军舰艇上的应用越来越重视。
CFRP在海军舰艇上应用时具有如下突出的优点：优良的力学性能；耐腐蚀（可耐酸、碱、海水侵蚀,水生物也难以附生）；大幅减重；优良的声、磁、电性能（透波、透声性好,无磁性,介电性能优良）；优良的设计、施工性；容易维护，维护费用远低于钢制舰艇。
早期CFRP仅仅应用在小型巡逻艇和登陆舰上。
相对差的制造质量和船体刚度限制了其长度不能超过15m，排水量不超过20t。
近年来随着低成本复合材料制造技术的提高，CFRP才开始应用在大型巡逻艇、气垫船、猎雷艇和护卫舰上。
近几年国外制造的新型舰艇中不乏大量使用CFRP的亮点之作。
美国制造的短剑号隐身快艇“短剑”高速快艇长24.4米，宽12.2米，吃水0.9米；排水量67吨；动力装置为4台“毛虫”柴油机，每台功率1650马力，由4具6叶螺旋桨推进，在载重37吨下航速可达50节。
艇体采用了比传统的钢材更结实、更轻巧的CFRP。
一次能够运载12名全副武装的“海豹”突击队员和1艘长11米的特种作战刚性充气艇。
同时，可搭载1架小型无人机。
目前，“短剑”是美国使用CFRP一次成型制造的最大船体，在整体制造成形过程中不用焊接，更无需铆接，因此船体外表十分光滑，重量也大为降低。
尽管目前的成本相对于普通的钢和铝合金偏高，但在这—技术成熟后，进行批量生产的成本将有较大的下降空间。
作为试验艇，“短剑”的单艘造价约为600万美元，试验总成本在1250万美元之内。
综合“短剑”艇体的这种设计，以及CFRP的使用，不但使其获得了高速，也使其行驶过程中的稳定性更高，高速行驶中的沉浮现象大大减轻，即使在高速回转时，依然可以保持平稳行驶，从而增加了艇员的舒适度，提高了艇的适航安全陛，扩大了在内河和地形复杂的浅海使用范围。
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要
国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要碳纤维复合材料是一种具有很高强度和轻质化特性的新型材料。
它由碳纤维和树脂等基质材料组成，具有优异的力学性能和低密度，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。
本文将对国内外碳纤维复合材料的现状以及研究开发方向进行概述。
首先，国内外碳纤维复合材料的现状可以概括为以下几个方面。
一是碳纤维复合材料在航空航天领域的应用。
由于碳纤维复合材料具有高强度、低密度和热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天领域，如飞机机体、发动机和燃气涡轮等部件。
二是碳纤维复合材料在汽车领域的应用。
汽车制造商越来越倾向于采用碳纤维复合材料制作汽车车身和结构件，以提高汽车的燃油效率和减轻车重，提高车辆的性能。
三是碳纤维复合材料在体育器材领域的应用。
碳纤维复合材料制作的高级运动器材，如高尔夫球杆、网球拍和自行车等，具有很高的刚性和强度，能够提高运动员的表现水平。
四是碳纤维复合材料在船舶领域的应用。
船舶结构件的重量和强度对于船舶的性能至关重要。
碳纤维复合材料具有高强度和轻质化特性，因此被广泛应用于船舶制造，可以提高船舶的性能和节能减排。
接下来，本文将重点讨论国内外碳纤维复合材料的研究开发方向。
一是开发新型碳纤维原料。
目前，市场上主要使用的碳纤维原料是聚丙烯腈纤维。
研究人员正在开发新型纤维原料，如石墨烯、纳米碳纤维等，以提高碳纤维的力学性能和热稳定性。
二是改善碳纤维与基质材料的界面粘结性能。
碳纤维与树脂等基质材料的界面粘结性能对复合材料的力学性能和耐久性影响很大。
研究人员正在探索提高界面粘结性能的方法，如表面改性和介入增韧等。
三是提高碳纤维复合材料的制备工艺。
制备工艺是影响碳纤维复合材料质量的关键因素之一、研究人员正在开发新的制备工艺，如预浸法、纺丝法和层合法等，以提高复合材料的力学性能和制造效率。
四是研究碳纤维复合材料的寿命与损伤机理。
碳纤维复合材料容易受到外界环境和应力加载的影响，会出现疲劳和损伤现象。
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 综述目的与范围 (4)1.4 结构与组织 (5)2. 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料简介 (7)2.1 聚醚醚酮的基本特性 (8)2.2 碳纤维的材料特性 (9)2.3 纤维增强塑料的制造工艺 (10)3. 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的性能特点 (11)3.1 力学性能 (12)3.2 耐热性能 (13)3.3 电绝缘性能 (15)4. 复合材料的研究进展 (17)4.1 纤维增强方式的探索 (18)4.2 增强机制与界面研究 (20)4.3 复合材料的微观结构与性能 (21)4.4 环境耐受性与防护 (22)5. 复合材料的应用领域 (23)5.1 航空航天 (25)5.2 汽车工业 (26)5.3 体育器材 (27)5.4 电子器件 (28)5.5 能源存储 (29)6. 复合材料的生产与加工 (30)6.1 材料加工工艺 (32)6.2 表面处理与涂层 (33)6.4 质量控制与检测 (36)7. 研发挑战与展望 (37)7.1 材料成本与环境问题 (38)7.2 性能提升与界面处理 (39)7.3 可持续性与发展方向 (41)1. 内容概述本研究报告深入探讨了碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）复合材料的研制、性能及其在各领域的应用潜力。
我们概述了碳纤维和PEEK的基本特性及其在复合材料制备中的优势。
详细阐述了复合材料的制备工艺、结构设计以及性能优化方法。
报告重点分析了复合材料在不同工程领域的应用表现，包括航空航天、汽车制造、医疗器械以及体育器材等。
我们还讨论了复合材料在环境友好性、成本效益和可持续性方面的优势，并对其未来发展前景进行了展望。
通过本研究，旨在为相关领域的研究人员和工程技术人员提供有价值的参考信息，推动碳纤维增强PEEK复合材料技术的进一步发展和广泛应用。
1.1 研究背景随着科技的不断发展，复合材料作为一种具有优异性能的新型材料，在各个领域得到了广泛的应用。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用徐志鹏北京化工研究院摘要自2007年国务院公布国产大飞机战略以来，这一领域的发展获得了持续的关注。
然而当今的国际大飞机市场被波音和空客两大公司所垄断，国产大飞机想要赢得市场面临多方面的挑战，其中之一就是高性能复合材料的应用。
聚丙烯腈基碳纤维复合材料诞生五十多年以来，发展迅猛，已经从传统的航空航天领域逐渐向汽车、风电等领域拓展市场，未来市场潜力巨大。
而目前中国仅能生产相当于T300,T700性能的碳纤维，不仅无法满足国产大飞机的材料需求，而且该领域的技术短板也限制了很多行业的发展。
本文在综合了前人研究成果的基础上，介绍了碳纤维的发展历程，PAN基碳纤维的关键技术和碳纤维复合材料在商用大飞机上的应用情况。
笔者认为，有市场竞争力的国产大飞机必须大量使用高质量的碳纤维复合材料，而突破PAN基碳纤维复合材料技术壁垒的关键在于生产高质量的碳原丝，其技术突破点在于干喷湿纺和凝胶纺丝生产技术的掌握与改进。
关键字：PAN基碳纤维，大飞机，碳原丝，干喷湿纺, 凝胶纺丝ABSTRACTLarge Plane Project has been fascinating Chinese public for years since its first announcement by State Council in 2007. China-made large plane is now facing varieties of challenge, while Boeing and Airbus are on the monopoly of market, one of the main challenge is the application of carbon fiber composite material. PAN based carbon fiber composite has witnessed a boost since it’s born in the past 50years, and now is expanding its application from space project to automobile and wind power generation projects. Carbon fiber industry in China cannot satisfy the demand of large plane project and many other industrial demands, because we can only made carbon fiber as well as T300 and T700 by our self. This article introduced the history of carbon fiber, key technology of PAN based carbon fiber and how PAN based carbon fiber is used in commercial large aircrafts. The author of this article believes the China-made large plane must use plenty of carbon fiber based composite to win the market and the key technology we need to break through is dry-wet spinning and gel spinning technique to make high performance PAN-based carbon fiber precursor.Key words: PAN based carbon fiber, large plane, carbon fiber precursor前言国产大飞机战略自发布以来，引发了广泛的关注。
碳纤维如何增强复合材料的力学性能
碳纤维如何增强复合材料的⼒学性能2019-08-20摘要：碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的应⽤范围进⼀步扩⼤，不难看出，这种材料因其较好的综合性能远远超越了单⼀组合的材料模式。
本⽂试图对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的⼒学性能进⾏深⼊的研究。
本⽂使⽤了简单概述，也采⽤了重点分析的研究策略，梳理了对研究对象的概述和主要的性能特点。
关键词：碳纤维；复合材料；⼒学性能本⽂以碳纤维增强热塑性树脂基复合材料为研究对象，对相关的概念和内容进⾏了梳理和总结。
其中概括了碳纤维的性质性能，对复合材料的概念进⾏了阐述，最后对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的⼒学性能作了详尽的分析说明。
1.关于碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的概述⑴复合材料的概念：⾯对传统、单⼀组分的材料已经难以满⾜现在应⽤需要的现实状况，开发研制新材料，是解决这个问题的根本途径。
运⽤对材料改性的⽅法，来改善材料的性能是可取的。
⽽材料改性的⽅法中，复合是最为常见的⼀种。
国际标准化组织对于复合材料的概念有明确的界定：复合材料是指由两种或两种以上不同化学性质和物理性质的物质组成的混合固体材料。
它的突出之处在于此复合材料的特定性能优于任⼀单独组分的性能。
⑵复合材料的分类简介：复合材料的有⼏种分类，这⾥不作⼀⼀介绍。
只介绍两种与本论⽂相关的类别划分。
如果以基体材料分类，复合材料有⾦属基复合材料；陶瓷基复合材料；碳基复合材料；⾼分⼦基复合材料。
本⽂讨论的是最后⼀种⾼分⼦基复合材料，它是以有机化合物包括热塑性树脂、热固性树脂、橡胶为基体制备的复合材料。
第⼆，如果按增强纤维的类别划分，就存在有机纤维复合材料、⽆机纤维复合材料、其他纤维复合材料。
其中本⽂讨论的对象属于⽆机纤维复合材料这⼀类别，因为碳纤维就是⽆机纤维复合材料的其中⼀种。
特别值得注意的是，当两种或两种以上的纤维同时增强⼀个基体，制备成的复合材料叫做混杂纤维复合材料。
实质上是两种或两种以上的单⼀纤维材料的互相复合，就成了复合材料的“复合材料”。
日本东丽公司的碳纤维产品分类及应用
日本东丽公司的碳纤维产品分类及应用本文主要介绍了东丽碳纤维分类产品的性能特点、应用及规格，概述了东丽碳纤维在航空航天、工业应用及体育休闲三大领域应用情况。
东丽公司碳纤维主要是按照力学性能进行区分，按照拉伸强度和拉伸模量可以分为T系列和M系列：T系列高强度碳纤维：分别标准模量级和高强/超高强中模级；M系列包括高模M系列和高强高模MJ系列。
1标准模量碳纤维标准模量（Standard modulus）碳纤维通常具有225GPa-235GPa（33-34msi）或略高的纤维模量。
TorayT300标准模量碳纤维是公认的行业标准碳纤维，已经生产了30多年。
T700S则是拉伸强度最高的标准模量级碳纤维。
标准模量碳纤维涵盖1K到24K不同规格。
T300：用于航空航天应用领域，具有20多年应用历史、30年的生产历史，以平衡复合材料特性、高质量、一致性、可靠性和稳定供货而闻名。
T400H：拉伸强度高于T300和T300J，专为航空航天应用而设计。
T700S：可提供最高强度的标准模量级碳纤维，具有出色的加工特性，适用于纤维缠绕、编制和预浸料。
这种无捻纤维主要用于各种工业和休闲娱乐用品，包括天然气汽车（NGV）储罐和SCBA呼吸罐等压力容器。
T700G：较T700S的拉伸模量和粘合性能有所提升。
这种无捻纤维的应用主要包括飞机和高性能运动用品。
2高强/超高强中模碳纤维中模（Intermediate modulus，IM）碳纤维的拉伸模量为290GPa（42msi）。
IM纤维最初是为航空航天应用而开发的，现在也可用于休闲娱乐和工业应用。
Toray提供各种规格IM纤维，结合不同价位和性能特征，可满足各行各业的需求。
Toray的IM纤维规格包括6K，12K，18K和24K。
按照拉伸强度可以分为高强中模碳纤维（T800H、T800S、T1000G）和新一代超高强中模碳纤维（T1100G、T1100S）。
T800H：高强中模碳纤维，具有高水平和平衡复合特性。
碳纤维复合材料前景报告
高端碳纤维复合材料前景报告一、背景基于全球空中力量全面竞争，中、美、俄横向比较，中国军机总量在各个主力类型上都存在数量差距。
当前我国军机从总体数量和结构上都与军事强国美国、俄罗斯存在一定差距，未来增长空间较大。
从绝对数量上来看，美国目前拥有的军机数量约为我国的4倍，差距较大。
从结构上来看，中国与美、俄军机细分种类的数量差距同样较大，且技术存在代差。
以战斗机为例，目前我国主力机型仍以二代机和三代机为主，而美国主力机型目前为三代机和四代机为主，且四代机的列装量仍在持续加速。
高端产品被美日企业垄断，2020年8月对中国实施全面禁售。
现代军机平台化、系统化的演变趋势较为明确，承载单元的增加使得单机空重有不断提升趋势。
根据杨伟《关于未来战斗机发展的若干讨论》一文，现代战斗机普遍要求远航、久航和高速的性能，作为武器搭载平台需要携带充足的空空、空面武器；在作战体系层面需要作为作战网络的节点跨任务区实时传递目标信息。
这种平台和体系层面的能力需求，使得飞机机身尺寸和内部搭载的功能组件都有扩大的趋势，促使其空重不断提升。
性能要求及减重需求的共同催化下，航空新材料在机身机构中的应用重要性不断凸显，碳纤维逐步成为先进机身材料的首选。
复盘飞机发展史，飞机发展伴随机体结构材料迭代，前三代战机的机体结构材料主要为解决战机的飞行硬伤，到了第四代开始，提升性能减轻重量成为主要目标。
随着钛合金工艺发展带来加工难度和成本的降低，各厂商开始逐步使用钛合金这种高强度低密度材料取代钢材用在机身骨架和飞机蒙皮热力集中部位，同时虽然铝合金抗高温能力有限，但考虑到其超低密度低成本的特性，新一代铝合金被用在飞机蒙皮的非热力集中部位。
随着对新材料的探索，新型复合材料开始登上历史舞台，由于复合材料在性能上的显著优异性，从 21 世纪初开始，各飞机厂商开始尝试使用复合材料(特别是碳纤维复材)逐步替代合金用作蒙皮和机身骨架材料，但受制于成本、可靠性和加工工艺等各方面限制，目前复合材料的应用仍处于起步阶段。
《无机复合材料及工艺》第二章——增强材料
3、碳纤维（Carbon fiber） (1)、引言
碳纤维属于高新技术产品，它不仅具有炭素材料的特性，如质量轻， 强度高，耐热，耐腐蚀，还具有金属材料的某些特性，具有良好的 导电和导热性，在各类复合材料（PMC、MMC、CMC和C/C）中得到广 泛应用。 碳纤维增强复合材料广泛应用于航空航天、军事、交通运输、机械 制造、电子工业、体育用品、建筑材料（修补）、生物材料、医疗 器具等各行各业。 碳纤维的大量和广泛应用与其价格的不断降低有关。随着碳纤维的 生产规模的扩大、其价格由原来的数千元/kg，降至数百元/kg。 碳纤维与玻璃纤维一样，可以进行编织成各种碳纤维布，或制成碳 纤维毡使用。
（4）玻璃纤维的特性和应用
特性：
典型性能： 密度：2.4～2.8 g/cm3 抗拉强度：3～4.6 GPa（为高强度钢的2～3倍） 弹性模量：70～110 GPa（与铝和钛合金模量相当） 比强度为：12.5～18.4×106 cm（为高强度钢的6～10倍） 比模量为：2.8～4.0×107 cm（略高于高强度钢） 不燃、不腐、耐热、高拉伸强度、小断裂延伸率、化学稳定性好、 电绝缘性能好；但不耐磨、脆而易折。 可加工成纱、布、带、毡等形状； 可作为有机高聚物基或无机非金属材料（如水泥）复合材料的增 强材料。
对结构复合材料而言，首先考虑的是增强材料的强度、模量和密度。 其与基体物理及化学相容性主要反映界面作用和影响。
二、纤 维（fiber）
直径细到几微米或几十微米，而长度比直径大许多倍的 材料。 其长径比（aspect ratio)一般大于1000。 作为增强材料使用时，纤维一般都具有高模量、高强度。 大多数是有机高分子纤维，也有无机纤维和金属纤维。 重点介绍：
(2)、碳纤维分类
中国及部分省市碳纤维行业相关政策加强碳纤维等高性能纤维及其复合材料的研发应用
中国及部分省市碳纤维行业相关政策加强碳纤维等高性能纤维及其复合材料的研发
应用
碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。
耐高温居所有化纤之首。
用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。
是制造航天航空等高技术器材的优良材料。
国家层面碳纤维行业相关政策
显示，近些年来，为了促进碳纤维行业的发展，中国陆续发布了许多政策，如2021年国务院发布的2030年前碳达峰行动方案加快碳纤维、气凝胶、特种钢材等基础材料研发，补齐关键零部件、元器件、软件等短板。
2016年-2022年国家层面碳纤维行业相关政策
地方层面碳纤维行业相关政策
为了响应国家号召，各省市积极推动碳纤维行业发展，如江西省发布的江苏省“十四五”制造业高质量发展规划支持适用于物联网的新型近距离无线通信产品、传感节点的研发产业
化，研究推进现有不同物联网网络架构之间的互联互通和标准化。
全球碳纤维材料知名企业解读
全球碳纤维材料知名企业解读碳纤维材料是一种轻质高强度的先进材料，在现代工业中得到广泛应用。
全球有许多知名企业专注于碳纤维材料的研发、生产和销售，它们在碳纤维材料领域中处于领先地位。
本文将介绍其中几家知名碳纤维材料企业的背景及其对碳纤维材料技术的贡献。
Toray Industries日本东丽公司（Toray Industries）是世界上最大的碳纤维生产商之一，其碳纤维产品占据全球市场的比例达到了70%。
Toray Industries自1960年代起开始研究碳纤维材料，并于1971年开始批量生产碳纤维。
目前，该公司的碳纤维产品涵盖了航空航天、汽车、运动器材、建筑材料等领域。
其中，Toray Industries为波音公司制造的787梦想客机提供了大量的碳纤维材料，其碳纤维复合材料在航空航天领域拥有举足轻重的地位。
此外，Toray Industries还在碳纤维膜、碳纤维电极等新的碳纤维应用领域不断拓展业务。
Hexcel CorporationHexcel Corporation是一家总部位于美国的碳纤维材料公司，其碳纤维产品在航空航天和国防领域占有极高的市场份额。
该公司首次进入碳纤维市场是在1974年，随后一直在碳纤维材料领域保持领先位置。
Hexcel Corporation的碳纤维产品主要应用于航空航天领域的复合材料制造，如客机机身、翼面、垂直尾翼等各种部件。
Teijin LimitedTeijin Limited是日本的一家化学纤维和材料科技公司，在碳纤维领域也有很高的知名度。
Teijin Limited不仅致力于碳纤维产品的研发和生产，还在碳纤维材料的应用方面不断推进。
该公司的碳纤维产品广泛应用于汽车、电子、环保等领域，如用于手机壳、桥梁加固、燃料电池部件等。
ZOLTEKZOLTEK是美国的一家碳纤维材料公司，致力于生产高品质的碳纤维产品。
该公司生产的碳纤维在航空航天领域、能源和石化领域、汽车等领域有广泛的应用。
碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用
碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用一、引言航空航天工业一直是技术创新的引领者，对材料的要求也一直非常严苛。
随着科技的发展，碳纤维增强复合材料作为一种优异的材料，逐渐得到航空航天领域的重视和应用。
二、碳纤维增强复合材料的特性碳纤维增强复合材料由纤维和基体组成，具有轻质、高强度、高刚度等特点。
其中，碳纤维作为增强体，可以实现高强度和高模量的需求；基体则可以提供耐久性和耐热性。
相比于传统金属材料，碳纤维增强复合材料具有更低的密度，可以显著降低航空器的重量，从而提高航空器的燃油效率。
三、碳纤维增强复合材料在航空领域的应用1. 飞机结构件碳纤维增强复合材料在飞机结构件中的应用日益广泛。
例如，飞机机身部件、机翼、垂直尾翼等可以使用碳纤维增强复合材料制造，从而减轻整个飞机的重量。
与传统金属结构相比，碳纤维增强复合材料的强度和刚度更高，可以实现更高的载荷和更好的稳定性。
2. 发动机零部件碳纤维增强复合材料在航空发动机零部件中也有广泛应用。
例如，风扇叶片、低压涡轮叶片、燃烧室构件等都可以采用碳纤维增强复合材料制造。
相比于传统的镍基合金材料，碳纤维增强复合材料具有更好的高温性能和更高的疲劳寿命，可以提高发动机的效率和可靠性。
3. 航天器部件在航天器部件中，碳纤维增强复合材料也发挥着重要作用。
例如，航天器的外部保护罩、热控制结构等部件可以采用碳纤维增强复合材料制造，以提高航天器的耐热性和抗高温气流的能力。
此外，碳纤维增强复合材料还可以应用于航天器的结构框架和传感器支撑结构等领域。
四、碳纤维增强复合材料的挑战与前景尽管碳纤维增强复合材料在航空航天领域取得了显著的应用成果，但仍面临一些挑战。
首先，其生产成本较高，限制了大规模应用。
其次，碳纤维增强复合材料的损伤检测和维修也相对困难。
此外，随着航空器规模的不断扩大，对碳纤维增强复合材料的性能要求也不断提高，需要更高强度、更高刚度和更好的耐久性。
然而，碳纤维增强复合材料仍然具有广阔的前景。
碳纤维增强环氧树脂复合材料的应用
碳纤维增强环氧树脂复合材料的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势
国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势近年来，碳纤维及其复合材料产业在国内外都取得了长足的发展。
碳纤维是一种具有高强度、高模量、轻质化等优良性能的新型纤维材料，具有较高的比强度和比模量，是先进复合材料中的重要增强材料之一。
在航空航天、汽车制造、体育器材、军工等领域都有着广泛的应用。
一、国内碳纤维及其复合材料产业现状1. 生产能力扩张我国作为世界上最大的碳纤维生产国之一，碳纤维及其复合材料产业的生产能力不断扩张。
国内碳纤维产能大幅增长，不仅仅是普通碳纤维、高模碳纤维产业迅速发展，还有更多创新型碳纤维产业在崛起。
2. 技术水平提升我国碳纤维及其复合材料产业的技术水平不断提升，专业的生产技术和质量管理系统逐步完善。
一些企业还在研发领域进行了不少探索，推动着碳纤维产业技术创新。
3. 应用领域拓展国内碳纤维及其复合材料产业在汽车、航空航天、能源、建筑等领域的应用逐步拓展，已成为国家战略性新兴产业的重要组成部分。
二、国外碳纤维及其复合材料产业现状1. 技术领先国外一些发达国家在碳纤维及其复合材料产业方面技术领先，产品质量和性能得到了全球认可。
其在航空航天等领域的应用更为成熟和广泛。
2. 创新驱动一些国外企业致力于碳纤维及其复合材料产业的创新发展，通过不断改进生产工艺和提高产品性能，使其在国际市场上保持竞争力。
3. 国际合作国外碳纤维及其复合材料产业在国际市场具有较强的竞争力，国际合作成为其发展的重要动力。
三、国内外碳纤维及其复合材料产业发展趋势1. 创新驱动随着科技的不断进步，碳纤维及其复合材料产业将在材料、工艺、设备等方面持续进行创新，以提高产品性能和降低成本。
2. 应用领域拓展碳纤维及其复合材料产业将在航空航天、汽车制造、能源、体育器材等领域继续拓展应用，成为相关行业的主要材料。
3. 绿色制造随着环境保护意识的提高，碳纤维及其复合材料产业将向更加环保、可持续的方向发展，加快推动绿色制造的进程。
四、个人观点和理解碳纤维及其复合材料产业的发展给各个领域带来了巨大的推动力，我对其发展充满信心。
连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及力学性能
塑料工业ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ第４９卷第３期２０２１年３月连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及力学性能孙洪霖１ꎬ姚佳楠１ꎬ张金栋１ꎬ顾洋洋１ꎬ王文才１ꎬ刘㊀刚１ꎬ∗(东华大学材料科学与工程学院ꎬ纤维材料改性国家重点实验室ꎬ先进低维材料中心ꎬ上海２０１６２０)㊀㊀摘要:采用自主研发的连续碳纤维/聚醚醚酮热熔法预浸料(ＨＣ２１１０)ꎬ通过热压成型工艺制备了复合材料层合板ꎮ测试了复合材料的力学性能ꎬ表征了微观形貌和破坏模式ꎮ预浸料热性能测试表明ꎬＨＣ２１１０预浸料较国外材料(ＴＣ１２００)的耐热性及成型工艺性较优ꎮ微观形貌分析表明ꎬ复合材料层合板中纤维分布均匀性对０ʎ拉伸性能影响较小ꎻ而纤维和树脂的界面结合较差是导致９０ʎ拉伸强度明显偏低的主要原因ꎮ关键词:热塑性复合材料ꎻ碳纤维ꎻ聚醚醚酮ꎻ热压成型ꎻ力学性能ꎻ破坏模式中图分类号:ＴＢ３３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００５－５７７０(２０２１)０３－０１１０－０４ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２１ ０３ ０２３开放科学(资源服务)标识码(ＯＳＩＤ):ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｄＩｔｓＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＳＵＮＨｏｎｇ￣ｌｉｎ１ꎬＹＡＯＪｉａ￣ｎａｎ１ꎬＺＨＡＮＧＪｉｎ￣ｄｏｎｇ１ꎬＧＵＹａｎｇ￣ｙａｎｇ１ꎬＷＡＮＧＷｅｎ￣ｃａｉ１ꎬＬＩＵＧａｎｇ１(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＦｉｂｅｒｓａｎｄＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＬｏｗ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１６２０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ/ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅｐｒｅｐｒｅｇｓ(ＨＣ２１１０)ꎬｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙａｎｄｍａｄｅｂｙｈｏｔ￣ｍｅｌｔｍｅｔｈｏｄꎬｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｒｐｒｅｐａｒｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｗｉｔｈｈｏｔ￣ｐｒｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ.Ｔｈｅｎꎬｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＨＣ２１１０ｐｒｅｐｒｅｇｓｈａｖｅｂｅｔｔｅｒｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｍｏｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙｔｈａｎｆｏｒｅｉｇｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｓ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｒｅｖｅａｌｓｌｉｔｔｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅ０ʎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｔｈｅｎꎬｔｈｅｐｏｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｏｎｄｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅ９０ʎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎻＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒꎻＰｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅꎻＴｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇꎻＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎻＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅ碳纤维增强热塑性复合材料作为先进复合材料的典型代表ꎬ因其众多优点而受到多个领域广泛的关注[１－２]ꎬ碳纤维增强聚醚醚酮(ＣＦ/ＰＥＥＫ)复合材料作为高性能复合材料已应用于航空航天㊁汽车电气㊁生物医疗等领域[３]ꎮ因此针对聚醚醚酮复合材料性能的研究引起许多学者的关注ꎮＦｕｊｉｈａｒａ等[４]研究发现ＣＦ/ＰＥＥＫ复合材料断裂形貌的变化是由树脂降解引起的ꎬ试件在疲劳载荷下裂纹扩展易发生在基体处ꎮＢｉｓｍａｒｃｋ等[５]研究了ＣＦ/ＰＥＥＫ复合材料弯曲性能及破坏模式ꎬ发现低弯曲应变会导致裂纹扩展ꎬ树脂基体韧性越好且纤维拉伸强度越低ꎬ失效时间越长ꎮＸｕ等[６]研究发现ＣＦ/ＰＥＥＫ复合材料力学性能受浸渍效果和基体降解影响较大ꎬ而弯曲载荷对基体劣化的影响比拉伸载荷对基体劣化影响更敏感ꎮ在众多的关于聚醚醚酮的研究中ꎬＰＥＥＫ预浸料基本依赖国外ꎬ一方面是ＣＦ/ＰＥＥＫ复合材料加工性能和耐蠕变性能不如热固性复合材料ꎻ另一方面国内研究ＰＥＥＫ复合材料微观结构和破坏模式工作大多关注单一因素ꎬ分析未对比同级别产品ꎮ因此ꎬ本文结合课题组研发的树脂及预浸料ꎬ采用热压成型工艺制备ＨＣ２１１０复合材料ꎬ分析拉伸性能与破坏模式的联系ꎬ为国内ＣＦ/ＰＥＥＫ热塑性复合材料性能优化及破坏机制研究提供可靠依据ꎮ１㊀实验部分１ １㊀主要原材料牌号ＨＣ２１１０和ＴＣ１２００均为连续碳纤维预浸料ꎬ０１１ ∗通信作者ｌｉｕｇａｎｇ＠ｄｈｕ ｅｄｕ ｃｎ作者简介:孙洪霖ꎬ男ꎬ１９９５年生ꎬ在读硕士研究生ꎬ主要从事热塑性树脂及其复合材料研究ꎮｓｈｌ８６４７＠１６３ ｃｏｍ第４９卷第３期孙洪霖ꎬ等:连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及力学性能ＨＣ２１１０为国产预浸料ꎬ树脂为自主研发ＰＥＥＫ树脂ꎬ碳纤维牌号为中安信ＺＡ５０ＸＣ２４ＫꎬＴＣ１２００为Ｔｏｒａｙ公司产品ꎬ树脂为ＶｉｃｔｒｅｘＰＥＥＫ树脂ꎬ碳纤维牌号为ＡＳ－４１２Ｋꎮ１ ２㊀主要设备及仪器超声点焊机:ＫＨ－２８６０ꎬ威海科海自动化有限公司ꎻ真空热压机:ＨＳ１００ꎬ西安恒盛机电有限公司ꎻ水切割机:ＰｒｏｔｏＭＡＸꎬ美国ＯＭＡＸ公司ꎻ超声无损检测系统:ＰＶＡＡＭ－３００ꎬ德国ＰＶＡ公司ꎻ万能试验机:Ｉｎｓｔｒｏｎ５９８２ꎬ美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司ꎻ金相显微镜:ＤＭ４Ｐ偏光显微镜ꎬ德国Ｌｅｉｃａ公司ꎻ扫描电子显微镜:ＪＣＭ－６０００Ｐｌｕｓꎬ日本ＪＥＯＬ公司ꎮ１ ３㊀样品制备成型前需用丙酮处理模具表面ꎬ然后用脱模剂间隔１０ｍｉｎ处理３次ꎬ再将模具在鼓风干燥箱中恒温２００ħ处理３０ｍｉｎꎮ将预浸料按照模具尺寸和预设角度进行裁剪后铺层ꎬ铺层方式见力学性能测试标准ꎬ用超声焊接枪焊接预浸料ꎬ再用热压成型工艺制备复合材料层合板ꎬ成型工艺如图１所示ꎮ图１㊀模压成型工艺图Ｆｉｇ１㊀Ｍｏｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｄｉａｇｒａｍ１ ４㊀测试与表征采用ＤＳＣ测试预浸料的热性能ꎻ制备成复合材料层合板后ꎬ用超声无损检测系统检测其内部质量ꎻ使用金相显微镜检测复合材料层间形貌ꎻ使用万能试验机检测其力学性能ꎬ拉伸㊁弯曲㊁压缩㊁剪切及开孔压缩性能测试标准见表１ꎬ使用扫描电镜检测其界面形貌ꎮ２㊀结果与讨论２ １㊀预浸料的热性能图２为不同预浸料的ＤＳＣ曲线ꎬ其中ꎬＨＣ２１１０预浸料树脂的玻璃化转变温度(Ｔｇ)为１５６ħꎬ熔融温度(Ｔｍ)为３１１ħꎬ高于ＴＣ１２００预浸料树脂的Ｔｇ约１４ħꎬ低于ＴＣ１２００的Ｔｍ约４０ħꎬ即表明相对于商业化ＰＥＥＫ树脂ꎬ本文中所采用的预浸料树脂既保证了复合材料良好的热性能ꎬ又可以在一定程度上降低复合材料的成型工艺温度ꎮａ－ＨＣ２１１０ｂ－ＴＣ１２００图２㊀ＨＣ２１１０和ＴＣ１２００的ＤＳＣ曲线Ｆｉｇ２㊀ＤＳＣｏｆＨＣ２１１０ａｎｄＴＣ１２００２ ２㊀复合材料的质量及力学性能图３㊀超声无损检测Ｆｉｇ３㊀Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏｎ￣ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇ表１㊀复合材料力学性能及测试标准Ｔａｂ１㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｅｓｔｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆｌａｍｉｎａｔｅ机械性能ＴＣ１２００复合材料[７]ＨＣ２１１０复合材料测试标准０ʎ拉伸强度/ＭＰａ２２８０２１６３ＡＳＴＭＤ３０３９－２００００ʎ拉伸模量/ＧＰａ１３０１１３ＡＳＴＭＤ３０３９－２０００９０ʎ拉伸强度/ＭＰａ８６ ０１４ ２ＡＳＴＭＤ３０３９－２０００９０ʎ拉伸模量/ＧＰａ１０ ０８ ６ＡＳＴＭＤ３０３９－２００００ʎ压缩强度/ＭＰａ１３００１０６１ＡＳＴＭＤ６６４１－２００１０ʎ压缩模量/ＧＰａ１２４１１３ＡＳＴＭＤ６６４１－２００１０ʎ弯曲强度/ＭＰａ－１６８１ＡＳＴＭＤ７９０－２００３０ʎ弯曲模量/ＧＰａ－１３７ＡＳＴＭＤ７９０－２００３层间剪切强度/ＭＰａ９４８９ＡＳＴＭＤ２３４４－２０００开孔压缩强度/ＭＰａ３２０３２４ＡＳＴＭＤ５７６６－２００２１１１塑㊀料㊀工㊀业２０２１年㊀㊀由图１成型工艺制备出ＨＣ２１１０复合材料层合板ꎬ其内部质量的超声检测结果如图３所示ꎬ色谱柱红色到蓝色的颜色变化表明质量由差到优依次递增ꎮ结果表明ꎬ层合板内部质量整体较好ꎬ具有力学性能测试的典型性ꎮ测试得到的力学性能列于表１ꎮ力学性能结果表明ꎬＨＣ２１１０与ＴＣ１２００复合材料的０ʎ拉伸性能和层间剪切性能基本相当ꎬＨＣ２１１０的开孔压缩性能更优ꎬ但是ＨＣ２１１０复合材料的压缩性能㊁面内剪切性能及９０ʎ拉伸性能较ＴＣ１２００复合材料存在一定差异ꎮ２ ３㊀复合材料的拉伸性能及破坏模式ａ－ＴＣ１２００ｂ－ＨＣ２１１０１ꎬ２－分别表示局部位置放大图ꎮ图４㊀层合板金相照片Ｆｉｇ４㊀Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｐｈｏｔｏｏｆｌａｍｉｎａｔｅｓ预浸料制备的层合板９０ʎ方向截面金相照片如图４所示ꎮＨＣ２１１０复合材料相对于ＴＣ１２００复合材料树脂分布均一性较差ꎬ存在局部纤维体积分数高的区域ꎬ且富树脂区域偏多ꎮＺＡ５０ＸＣ碳纤维相较于ＡＳ￣４碳纤维拉伸强度更高ꎬ但是ＨＣ２１１０复合材料与ＴＣ１２００复合材料拉伸强度相近ꎬ原因是单向复合材料中存在的纤维错位和浸渍不足等缺陷导致了碳纤维拉伸强度的分散ꎮ因此ꎬ纤维分布不均以及浸渍效果差会降低复合材料０ʎ拉伸强度ꎮ拉伸试验后ꎬ复合材料试样的破坏模式如图５所示ꎮ破坏试样观察到两种典型破坏模式ꎬ即断口呈现碎片化的劈裂模式和断口较为光滑的阶梯模式[８－９]ꎮ结果表明ꎬＨＣ２１１０复合材料失效大部分(７０％)是由整个试样长度上劈裂引起的ꎬ当裂纹从试样表面开始时ꎬ出现纤维断裂的逐步累积过程ꎮ纤维没有完全断裂时ꎬ载荷无法转移至邻近区域ꎬ所储存应变不足以导致广泛集体分裂ꎬ出现 刷子 状劈裂破坏ꎬ这与Ｍａ[８]㊁Ｄｉａｏ[９]等研究结果一致ꎮ裂纹通过纤维束时ꎬ其尖端的强剪切应力集中引起了垂直于纤维方向的裂纹扩展ꎬ将试件分为两部分ꎬ即载荷作用下纤维断裂是单向层合板的主要损伤形式ꎮ而０ʎ方向施加的荷载大部分由碳纤维承担ꎬ在力学强度弹性范围内ꎬ因此它对弹性模量的影响小ꎬ这与Ｄｒｚａｌ[１０]观点一致ꎮ图５㊀ＨＣ２１１０层合板０ʎ拉伸破坏Ｆｉｇ５㊀０ʎｔｅｎｓｉｌｅｆａｉｌｕｒｅｏｆＨＣ２１１０ｌａｍｉｎａｔｅｓａꎬｂ－ＨＣ１２００ｃꎬｄ－ＴＣ２１１０图６㊀复合材料９０ʎ拉伸界面ＳＥＭ照片Ｆｉｇ６㊀ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｏｆ９０ʎｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅＨＣ２１１０复合材料９０ʎ拉伸强度(１４ ２ＭＰａ)是ＴＣ１２００复合材料９０ʎ拉伸强度(８６ＭＰａ)的１７％ꎬ９０ʎ拉伸模量为后者的８６％ꎬ性能相差较大ꎮ两者９０ʎ拉伸界面如图６所示ꎮ复合材料性能对纤维基体附着力的敏感性取决于基体和纤维的连接方式以及施加的载荷在复合材料中的传递和分布方式[１０]ꎮ在９０ʎ方向施加载荷时ꎬ纤维㊁基体和两者的界面均承担相同的载荷ꎮ如图６ａ㊁２１１第４９卷第３期孙洪霖ꎬ等:连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及力学性能ｂ所示ꎬＨＣ２１１０复合材料９０ʎ拉伸破坏主要是纤维和树脂的脱黏和纤维横向剥离形成的ꎬＳＥＭ照片可以看到纤维拔出后留下的凹痕ꎬ截面的纤维黏附树脂少ꎬ纤维/树脂界面强度低ꎬ表明ＨＣ２１１０复合材料较弱的界面黏接性能ꎮ而图６ｃ㊁ｄ显示了ＴＣ１２００复合材料９０ʎ拉伸破坏后的微观形貌ꎬ截面不规则的纤维断裂以及纤维间丰富的树脂黏接表明良好的界面结合能力ꎬ因此９０ʎ拉伸性能较好ꎮ３㊀结论１)自主研发的聚醚醚酮与国外同级别产品相比ꎬＴｇ提高约１４ħꎬＴｍ降低约４０ħꎬ作为热塑性复合材料树脂基体ꎬ能够同时赋予复合材料良好的热性能和加工性能ꎮ２)采用本文工艺可以制备得到内部质量良好的ＨＣ２１１０复合材料ꎬ与ＴＣ１２００复合材料相比ꎬ０ʎ拉伸强度无明显差异ꎬ压缩性能㊁层间剪切性能和开孔压缩性能分别达到后者８２％㊁９５％及１０１％ꎬ但是９０ʎ拉伸性能低约８０％ꎮ３)分析拉伸破坏模式知ꎬ０ʎ拉伸强度差异是由于层合板中纤维分布及浸渍效果对碳纤维拉伸强度分散的影响ꎻ９０ʎ拉伸破坏形式是纤维和树脂的脱粘和纤维横向剥离ꎬ拉伸性能差是由弱界面性引起的ꎬ导致９０ʎ拉伸性能差异较大ꎬ即界面性能需要进一步改善ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]ＳＥＮＴＨＩＬＮＡＴＨＡＮＫꎬＨＩＲＥＭＡＴＨＣＰꎬＮＡＩＫＮＫꎬｅｔａｌ.ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄａｍａｇｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣＦＲＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬＰａｒｔＡ:ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ１００:１１８－１２７.[２]ＭＡＣＨＡＤＯＭꎬＭＵＲＥＮＵＬꎬＦＩＳＣＨＬＳＣＨＷＥＩＧＥＲＭꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｈｅａｒｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｗｏｖｅｎ￣ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ￣ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｄｕｒｉｎｇｆｏｒｍｉｎｇ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬＰａｒｔＡ:ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ８６:３９－４８.[３]钟明强ꎬ益小苏ꎬＪＡＣＯＢＳＯ.短碳纤维增强注塑聚醚醚酮复合材料微观结构与力学性能研究[Ｊ].复合材料学报ꎬ２００２(１):１２－１６.ＺＨＯＮＧＭＱꎬＹＩＸＳꎬＪＡＣＯＢＳＯ.Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｈｏｒｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｉｎｊｅｃ￣ｔｉｏｎｍｏｌｄｅｄＰＥＥＫｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｅＣｏｍｐｏｓ￣ｉｔａｅＳｉｎｉｃａꎬ２００２(１):１２－１６.[４]ＦＵＪＩＨＡＲＡＫꎬＨＵＡＮＧＺＭꎬＲＡＭＡＫＲＩＳＨＮＡＳ.Ｉｎ￣ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｂｅｎｄｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃｏｎ￣ｔｉｎｕｏｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰＥＥＫｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００４ꎬ６４(１６):２５２５－２５３４.[５]ＢＩＳＭＡＲＣＫＡꎬＨＯＦＭＥＩＥＲＭꎬＤÜＮＥＲＧ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｏｔｗａｔｅｒｉｍｍｅｒｓｉｏｎｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃａｒｂｏｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｏｌｙ(ｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ)(ＰＥＥＫ)ｃｏｍｐｏｓ￣ｉｔｅｓ:Ｓｔｒｅｓｓｒｕｐｔｕｒｅｕｎｄｅｒｅｎｄ￣ｌｏａｄｅｄｂｅｎｄｉｎｇ[Ｊ].Ｃｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅｓꎬＰａｒｔＡꎬＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ２００７ꎬ３８(２):４２０－４２６.[６]ＸＵＺＰꎬＺＨＡＮＧＭꎬＧＡＯＳＨꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅ￣ｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ￣ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰＥＥＫｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｔｈｅｗｒａｐｐｅｄｙａｒｎｍｅｔｈｏｄ[Ｊ].ＰｏｌｙｍｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬ２０１７ꎬ４０(１):５６－６９.[７]ＴＯＲＡＹＡＣ.ＴｏｒａｙＣｅｔｅｘ®ＴＣ１２００ＰＥＥＫ[ＤＢ/ＯＬ]. (２０１９－０７－１５)[２０２０－１１－１０].ｈｔｔｐｓ://ｗｗｗ.ｔｏｒａｙｔａｃ.ｃｏｍ/ｐｒｏｄｕｃｔ￣ｅｘｐｌｏｒｅｒ/ｐｒｏｄｕｃｔｓ/ｏｖｌ４/Ｔｏｒａｙ￣Ｃｅｔｅｘ￣ＴＣ１２００. [８]ＭＡＹꎬＵＥＤＡＭꎬＹＯＫＯＺＥＫＩＴꎬｅｔａｌ.Ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｆａｉｌｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ/ｅｐｏｘｙａｎｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ/ｐｏｌｙａｍｉｄｅ６ｕｎｉｄｉｒｅｃ￣ｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１７ꎬ１６０:８９－９９.[９]ＤＩＡＯＸꎬＹＥＬꎬＭＡＩＹＷ.ＦａｔｉｇｕｅｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＣＦ/ＰＥＥＫｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｍａｄｅｆｒｏｍｃｏｍｍｉｎｇｌｅｄｐｒｅｐｒｅｇ.ＰａｒｔＩ:Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬＰａｒｔＡ:ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ１９９７ꎬ２８(８):７３９－７４７.[１０]ＤＲＺＡＬＬＴꎬＭＡＤＨＵＫＡＲＭ.Ｆｉｂｒｅ￣ｍａｔｒｉｘａｄｈｅｓｉｏｎａｎｄｉｔｓｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅꎬ１９９３ꎬ２８(３):５６９－６１０.(本文于２０２０－１１－３０收到)㊀阿科玛宣布进一步提升中国常熟基地Ｋｙｎａｒ®氟聚合物产能阿科玛宣布一项投资ꎬ以进一步提升其常熟基地氟聚合物产能ꎬ即到２０２２年实现ＰＶＤＦ产能增幅３５％ꎮ同时ꎬ阿科玛欢庆常熟基地ＰＶＤＦ(聚偏二氟乙烯)成功投产迎来第一个十年ꎮ新增产能预计于２０２２年底前投产ꎮ在锂电池业务的进一步强劲需求ꎬ以及水过滤㊁建筑涂料和半导体行业的重大机遇的推动下ꎬ这项新的投资应运而生ꎮ常熟ＰＶＤＦ工厂是阿科玛集团在亚洲尤其是中国强大增长潜力的背景下ꎬ为既有涂料市场及迅速崛起的锂电池和水过滤市场而建造的ꎬ是集团第三家全球一体化ＰＶＤＦ生产工厂ꎮ３１１。
国内碳纤维产业发展存在的问题与对策
国内碳纤维产业发展存在的问题与对策王学彩【摘要】The current situation of carbon fiber industry at home and abroad was analyzed. It was pointed out that the carbon fiber industry is a single industry model, the key technology is backward, the production cost is too high, and the engineering practice innovation ability is insufficient in China. Three measures put forward to enhance the capability of independent innovation, cultivate application market, and improve the industry chain. It is focused on solving the key technology and equipment manufacturing problems which restrict the development of modern industry, striving to win over a policy support, promoting the construction of carbon fiber industry chain and carbon fiber composite materials industry cluster formation , linking upstream and downstream enterprises, promoting the healthy development of domestic carbon fiber industry chain.%分析了国内外碳纤维行业的发展现状, 指出我国碳纤维产业存在产业模式单一、关键技术落后、生产成本过高和工程实践创新能力不足等问题. 提出以提升自主创新能力, 培育应用市场, 完善产业链建设的三项措施, 重点解决制约产业发展的关键技术及装备制造问题, 争取国家支持, 推动碳纤维产业链建设, 形成碳纤维复合材料产业集群, 链接上下游企业, 促进国内碳纤维产业链的健康发展.【期刊名称】《化纤与纺织技术》【年(卷),期】2015(044)003【总页数】6页(P23-27,45)【关键词】碳纤维;产业;发展【作者】王学彩【作者单位】河南永煤碳纤维公司, 河南商丘 476000【正文语种】中文【中图分类】TQ342.74随着碳纤维应用市场的快速发展，我国碳纤维的市场需求不断扩大，在国家产业政策的支持与鼓舞下，碳纤维产业的发展与产品应用正日益受到业界的普遍关注[1]。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春 潘 鼎 高 健 陈尚开（上海市复合材料学会） （东华大学） （连云港鹰游纺机集团公司）碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在 90%以上。
具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。
特别是在 2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。
此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。
因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域， 在航空航天领域的光辉业绩， 尤为世人所瞩目。
可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。
本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP ）在航空航天领域应用的新进展。
1 航空领域应用的新进展T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到 5.5GPa ，断裂应变高出 T300 碳纤维的 30％的高强度中模量碳纤维 T800H 纤维。
（1）军品碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。
在战斗机和直升机上，碳纤维 复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。
国外将碳纤维/环 氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了 明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身 段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。
用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。
碳纤维增强复合材料杨氏模量
碳纤维增强复合材料杨氏模量碳纤维增强复合材料是一种新型的材料，具有轻质、高强、高刚度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
其中，杨氏模量是衡量材料刚度的重要指标之一。
一、碳纤维增强复合材料的杨氏模量碳纤维增强复合材料的杨氏模量是指在弹性阶段，单位应力下材料单位截面积的变形量与原长度之比。
由于碳纤维增强复合材料的纤维方向与基体方向不同，因此其杨氏模量也会随着不同方向的变化而变化。
一般来说，碳纤维增强复合材料的杨氏模量在纤维方向上最大，在横向方向上最小。
二、影响碳纤维增强复合材料杨氏模量的因素1.纤维体积分数：纤维体积分数是指材料中纤维的体积占总体积的比例。
纤维体积分数越高，杨氏模量越大。
2.纤维取向：纤维取向是指纤维在材料中的方向。
纤维取向与杨氏模量之间存在一定的关系，一般来说，纤维取向与杨氏模量呈正相关。
3.纤维长度：纤维长度是指纤维的长度。
纤维长度越长，杨氏模量越大。
4.基体材料：基体材料的性质也会影响碳纤维增强复合材料的杨氏模量。
一般来说，基体材料的杨氏模量越大，复合材料的杨氏模量也会越大。
三、碳纤维增强复合材料杨氏模量的应用碳纤维增强复合材料的杨氏模量是衡量材料刚度的重要指标之一，对于材料的设计和应用具有重要意义。
在航空、航天、汽车、体育器材等领域，碳纤维增强复合材料的杨氏模量被广泛应用于材料的设计和优化。
总之，碳纤维增强复合材料的杨氏模量是衡量材料刚度的重要指标之一，其大小受到多种因素的影响。
在材料的设计和应用中，需要综合考虑各种因素，以获得最佳的材料性能。
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(1) Business environment and market structure
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
5
Business environment of Carbon Fibers
Global Warming
Expansion
（1994－2003)
Selected for primary structure of Airbus A380 Recession of aircraft industry September 11 Expansion of communication satellite Full-scale expansion in industrial application
Full-scale Expansion
Rapid Expansion
（2004－2011)
Full-scale expansion in automobile application Launched Boeing 787 project
（2012- )
140 120 100 80 60 40 20
2002 April
2004 April
2006 October
Around 2010
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
2
Basic Strategies (by Business Category)
Fibers & Textiles, Plastics / Chemicals ① Developing global operations ② Promoting “New Value Creator” ③ Developing downstream and processing business ④ Expanding advanced materials (automobiles, environment/energy, etc.) Establish stable profit base
1,800.0
160.0
1,546.5
68.6
32.0
102.4
18.1
4%
9%
18%
21%
4
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
Strategy for Carbon Fiber Composite Materials
Thousand Tons / Year
Tennis racket and Carbon Golf Shaft Boom Selected for primary structure of Airbus A320 Selected for second structure of Boeing 757 & 767 Selected as a material for Satellite Development of Golf Shaft and Fishing Rods Selected for second structure of Boeing 737
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
3
Positioning of Carbon Fiber Composite Materials Business in IT-2010
Consolidated Net Sales
2,400 2,100 1,800 1,500 1,200 900 600 300 0 (B Yen) FY2006 Around FY2010 1,477.9 1,640.0
Long-term Corporate Vision and Positioning of Carbon Fiber Composite Materials Business
Project Innovation TORAY 2010 (IT-2010)
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
Full-scale increase in Aircraft and Automobile Large aircraft program Wind blade Automobile, Oil mine Variety in molding method Recycle of Carbon Fibers 7
NT-Ⅱ
「Offensive management postures」 - Establish foundation for further growth Achievement of ¥100 billion in Operating Income
IT-2010
「Management based on Innovation」 - Challenges for further growth -
<3rd IT-2010 Strategy seminar (Carbon Fiber Composite Materials) Presentation>
Toray’s Strategy for Carbon Fiber Composite Materials
April 11, 2008 Toray Industries, Inc. Senior Vice President Masayoshi Kamiura
Strict exhaust gas regulations high conscng
Clean Energy
Wind Power Natural Gas
Energy Saving
Weight saving (Aircraft, Automobile)
Inflation of oil prices
PC Casing
6
Carbon Fiber Market transition
Introduction
（1971－1983)
Growth
（1984－1993)
Recession of aircraft industry Selected for primary structure for Boeing 777 c
Corrosion-resistance High Modulus Radiolucency Electromagnetic Shielding, etc.
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
Medical Equipment
Copyright 2008 Toray Industries, Inc. All Rights Reserved
Carbon Fiber Market transition
140 120 100 80
Expansion
Thousand tons / year
Full-scale expansion
Industrial Use
Aerospace Sports
0 1970
Main Application Remarks
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
Limited Field
Fishing rods Aircraft secondary structure High Quality
Carbon Fiber Composite Materials Others
Consolidated Operating Income
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 (B Yen) FY2006 Around FY2010 84.3 118.0
Carbon Fiber Composite Materials 150.0 Others
Improvement of fuel efficiency Shift to alternative energy
Diversification of energy
(Uranium concentration)
Atomic Power Generation
Deep water oil mine
Needs for Highperformance Materials
Increase in application
Increase in Industrial Use Tennis rackets Pressure vessel Golf Shafts Machine parts Aircraft primary structure Engineering, Marine Increase of product type Cost reduction Progress in molding Large scale technology structure
1
Road map to IT-2010 and Targets in IT-2010
After achieved NT reforms, Toray Group launched Project “Innovation TORAY 2010 (IT2010)” in October 2006 in order to challenge for further growth through Innovation. April 2002
Foundation Businesses