碳纤维的性能与加工资料
知识点四碳纤维资料
高性能CF
高强度CF （HS） 高模量CF （HM） 超高强CF （UHS） 超高模CF （UHM） 高强－高模CF 中强－中模CF 等
高分子材料专业 聚合物复合材料
知识点四 碳纤维
按碳纤维的 功能分类
受力结构用CF 耐焰用CF 导电用CF 润滑用CF 耐磨用CF 活性CF
高分子材料专业 聚合物复合材料
❖ 1970年日本昊羽化学公司实现沥青基碳纤维的工业规模生 产；
❖ 1980年以酚醛纤维为原丝的活性碳纤维投放市场。
高分子材料专业 聚合物复合材料
知识点四 碳纤维
❖ 1988年，世界碳纤维总生产能力为10054吨/年，其中聚丙 烯腈基碳纤维为7840吨，占总量的78％。日本是最大的 聚丙烯腈基碳纤维生产国，生产能力约3400吨/年，占总 量的43％。
高分子材料专业 聚合物复合材料
2、物理性能
碳纤维的物理性能
热
耐 热 性
膨 胀 系
热 导 率
比 热
导 电 性
密 度
润 滑 性
其 他
数
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知识点四 碳纤维
耐热性： 在不接触空气或氧化性气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，
在高于1500oC下强度才开始下降。 热膨胀系数：
CF的热膨胀系数具有各向异性的特点。 平行于纤维方向为负值 垂直于纤维方向为正值
采用碳纤维复合材料制造汽车
构件不仅可使汽车轻量化，还
可以使其具有多功能性。例如，
用碳纤维增强树脂基复合材料 制造的发动机挺杆，利用其阻
碳纤维汽车弹簧片
尼减振性能，可降低振动和噪
声，行驶有舒适感。
知识点四 碳纤维
3、土木建筑上的应用 比如，短切碳纤维增强水 泥基复合材料可以制造各 种幕墙板，实现建材的轻 量化，特别是沿海建筑显 示出优异的耐蚀性。利用 碳纤维的导电性能可用来 制造采暖地板。
碳纤维特性及其加工工艺产品介绍(PPT44张)
预氧化
热氧稳定化通称预氧化,其目的是使 热塑性PAN线性大分子链转化为非 塑性的耐热梯形结构，从而使纤维在 高温碳化下不熔不燃，继续保持纤维 状态。 预氧化处理可以提高炭纤维的收率和 力学性能，是制备炭纤维的一个重要 步骤。 梯形升温预氧化是当前工业化生产所 普遍采用的。
过程：一般将纤维在空气下加热至约 270℃，保温0.5h~3h，聚丙烯腈纤维的 颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后 形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈 线性高分子受热氧化后，外层和核芯区 形成耐热梯形高分子的结果。
预氧化后的纤维呈黑色，遇
火也不燃烧，也称为预氧纤 维，可做防火织物、密封材 料等，现已成为一个独立的 工业产品。
碳化
将预氧化纤维在高纯氮(99.99％以上)气氛 下进行高温处理（1600℃ ），一方面将非 碳原子在炭化时以挥发物(如HCN，NH3， CO2，CO，H2O，N2等)方式除去，同时 使预氧纤维向炭纤维结构转变。
Corcel N°1
碳纤维的材质让这款浴缸更为结实难用，并在表面 附着一层铂金，更显得在简约中透露着些许奢华。
碳纤维马桶
碳纤维头盔
强度高 重量轻 提高车速 降低油耗
碳纤维地暖
The End
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表面处理
表面处理聚丙烯腈基炭纤维的主 要用途是与树脂复合做结构材料 用，也加入金属或陶瓷、水泥等 基体中，构成碳纤维增强复合材 料。 炭纤维表面经氧化处理后，表面 积增大，提高炭纤维与树脂的结 合牢度和层间剪切强度。
㈠ ①气相氧化法 ②液相氧化法 臭氧氧化法 ③湿法阳极氧化法 ④等离子体氧化法 ⑤表面涂层改性法 ㈡复合表面处理法 在炭纤维表面涂一层指定的 浆料以便与基质(如树脂、炭 或金属等)更好地结合。
材料力学碳纤维知识点总结
材料力学碳纤维知识点总结在材料力学领域，碳纤维是一种重要的高性能复合材料，具有轻量化、高强度、高模量、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
本文将对碳纤维的基本概念、制备方法以及力学性能等知识点进行总结。
一、碳纤维的定义和特点碳纤维是由碳元素组成的纤维状材料，其主要成分是纯净的碳。
碳纤维具有以下几个特点：1. 轻质高强：碳纤维的密度较小，重量轻，但强度却很高，抗拉强度是钢铁的几倍甚至几十倍。
2. 高模量：碳纤维具有较高的弹性模量，刚度优于其他材料，可以有效增强结构的刚度和稳定性。
3. 耐腐蚀：碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，可以抵抗大多数酸、碱和盐水的侵蚀。
4. 耐热性：碳纤维具有优良的耐高温性能，能够在高温环境下保持较好的机械性能。
二、碳纤维的制备方法碳纤维的制备主要有以下两种方法：1. 碳化纤维法：首先从有机纤维素纤维开始，通过热解和炭化过程将其转化为纯净的碳纤维。
这种方法制备的碳纤维具有较高的纯度和强度。
2. 聚丙烯腈纤维法：首先使用聚丙烯腈纤维作为原料，通过预处理、氧化、碱化和高温炭化等步骤制备碳纤维。
这种方法制备的碳纤维具有较高的强度和模量。
三、碳纤维的力学性能碳纤维具有优异的力学性能，主要包括以下几个方面：1. 强度：碳纤维的抗拉强度很高，通常在3000兆帕斯卡(MPa)以上，相当于钢铁强度的几倍。
2. 模量：碳纤维的弹性模量在200-600兆帕斯卡(MPa)之间，是钢铁的几倍甚至几十倍。
3. 韧性：碳纤维的韧性较好，能够承受较大的冲击负荷而不破裂。
4. 疲劳性能：碳纤维具有优秀的疲劳寿命和疲劳强度，适用于长期受力的结构。
5. 耐腐蚀性：碳纤维具有良好的抗腐蚀性能，不易被酸碱侵蚀。
四、碳纤维在工程中的应用碳纤维由于其优异的性能，在工程领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域：碳纤维被广泛应用于飞机和航天器的结构件和附件中，能够减轻重量、提高飞行性能。
碳纤维复合材料的生产工艺与性能研究
碳纤维复合材料的生产工艺与性能研究碳纤维复合材料是一种高强度、高刚度的材料，具有重量轻、耐腐蚀、耐高温等优良性质，在航空、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。
本文将从生产工艺和性能两个方面探讨碳纤维复合材料的研究进展。
一、生产工艺1. 原材料准备碳纤维复合材料的制备需要采用碳纤维和树脂等原材料，其中碳纤维是该材料的主要成分。
碳纤维是由聚丙烯腈等高聚物制成的，加热后经炭化和热处理，最终形成直径为10微米以下的碳纤维。
树脂材料可以采用环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯树脂等。
2. 成型工艺碳纤维复合材料的成型工艺主要有两种：手工层压和自动化生产。
手工层压是一种传统工艺，通过手工将碳纤维和树脂按照一定的方向、角度和层数叠压在一起，形成复合材料。
自动化生产采用机器人等自动化设备进行，可以提高生产效率和质量稳定性。
3. 热固化和热成型碳纤维复合材料的成型后需要经过热固化和热成型两个过程。
热固化是指在一定温度下使固化剂与树脂反应，形成三维空间网络结构，增加材料的硬度和刚性。
热成型是指在真空包装下对成型的材料进行加热成型，使其达到所需的形状和尺寸。
二、性能研究1. 强度和刚度碳纤维复合材料的最大优点在于其优异的强度和刚度。
与传统材料相比，碳纤维复合材料的强度和刚度可以达到同等重量下的几倍，因此在航空、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。
强度和刚度的提升可以通过改变材料的方向、角度和层数等方式来实现。
2. 耐腐蚀性碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期使用。
树脂基材料具有耐腐蚀能力，而碳纤维可以有效地分散应力和防止开裂，使得整个材料具有优异的耐腐蚀性。
3. 耐高温性碳纤维复合材料还具有优异的耐高温性能，可以在高温环境下长时间使用而不失效。
这是由于碳纤维的熔点较高，达到了约3000℃，使得材料在高温环境下不易熔化和变形。
4. 烟雾毒性碳纤维复合材料的烟雾毒性是其应用较为薄弱的一点。
在热分解时，碳纤维会释放出二氧化碳、氧气等有害物质，导致燃烧产生的烟雾有毒性。
碳纤维材料介绍
碳纤维材料介绍
碳纤维（CarbonFiber），又称碳素纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维材料，是一种由碳元素组成的具有石墨结构的碳原子组成的有机纤维。
它具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀等优点，可作高强度结构材料，已广泛用于航空航天、体育用品、汽车工业等领域。
1.碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维材料。
根据碳纤维成分的不同，其力学性能也有很大差异。
石墨结构的碳纤维强度可达300Mpa以上，弹性模量在2000GPa左右。
2.碳纤维密度为1.8g/cm3,仅为钢的1/4;强度却是钢的3倍以上。
是目前世界上强度最高的纤维，因此在航空航天工业上具有广泛应用前景。
碳纤维已在军事、汽车、体育用品等领域获得广泛应用。
3.碳纤维具有高比强度和比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等特点，并可制成各种形状复杂的复合材料制品，如航空航天中用于制造结构件的高强高模复合材料；体育用品中用于制造运动鞋和运动器械；汽车工业中用于制造车身、底盘等。
—— 1 —1 —。
材料加工学-碳纤维
粘胶基碳纤维的原料是含有纤维素结构的各种天然或人造纤维 热处理过程： 1）25℃～150℃温度下，脱去吸附水 2）150℃～240℃温度下，纤维素环的脱水 3）240℃～400℃下，通过自由基反应，C-C，C-O键断裂，生 成水、CO和CO2等气体放出； 4）400℃以上，进行芳香化，放出氢气。 再升高温度时，进行碳化和石墨化过程。 该过程中，纤维的损失在90％以上。 加热速度较慢，并在惰性气体保护下，可得到20％～30％ 随着纤维直径变细，碳纤维的强度提高。这可能是由于纤 维直径小，挥发物容易逸出，从而保持了结构的完整性
聚丙烯腈基碳纤维
粘胶基碳纤维
原丝类型 沥青基碳纤维 木质素纤维基碳纤维 其它有机纤维类（各种天然纤维， 再生纤维缩合多环芳香族等） 制造高强度、高模量碳纤维多选用聚丙烯腈为原料
(1) 以粘胶纤维为原料制造碳纤维 粘胶纤维属于多糖类有机化合物，分子式(C6H10O5)n， 粘胶原丝具有环状分子结构，可以直接进行碳化或石墨化处 理，而制成粘胶基碳纤维。 性能平衡性较差，弹性系数较大，强度较低，碳化收率 较低（20%-30%）[聚丙烯腈基碳纤维为40%-60%，沥青基 碳纤维为80%-90%]，因此该粘胶碳纤维的前景不大。
3.2 碳纤维
由有机纤维或低分子烃气体原料在惰 性气氛中经高温(1500º C)碳化而成的纤维 状碳化合物，其碳含量在90%以上。
特点：
具有高的比强度和高模量，热膨胀系数小，尺寸稳定 性好。被大量用作复合材料的增强材料。用碳纤维制成的 树脂基复合材料比模量比钢和铝合金高5倍，比强度高3倍 以上，同时耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀性能均优越，因而 在航空和航天工业中得到应用并得到迅速发展。
(3) 以沥青为原料制造碳纤维 原料丰富，且属于综合利用，可以降低成本。 1. 一般功能沥青基碳纤维 各向同性沥青制造 2. 高性能沥青基碳纤维 含液晶中间相的各向异性沥青(蝶状液态结晶材料)制造
碳纤维材料的特性与应用
碳纤维材料的特性与应用碳纤维是一种轻质高强的复合材料，由碳纤维和一种或多种基体材料组成。
它具有优异的力学性能，尤其是在高温和高频环境下，同时具有良好的化学稳定性、热膨胀系数低、耐高温、导电性好等特性，因此被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、体育器材和日用品等领域。
碳纤维的成分与工艺：碳纤维是由高分子纤维或石墨晶体通过加工、炭化等多道工序制成的，其成分是纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚丙烯等有机高分子。
碳纤维制造的过程包括：预处理、纤维化、加工、炭化、图案化、高温石墨化、导电膜化等步骤。
碳纤维的特性：碳纤维具有很高的比强度、比弹性模量和耐热性能，在高温、高频下保持稳定性；同时具有低热膨胀系数和导电性，并且可在空气中长时间使用，不易氧化腐蚀。
碳纤维还有良好的化学稳定性和防护性，可以防止化学品和酸碱腐蚀。
碳纤维的应用：碳纤维广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、体育器材和日用品等领域，主要应用于轻量化、强度提高、复杂形状加工和精密加工等方面。
其中，碳纤维在航空航天领域的应用最为广泛，用于制造机翼、舵面、外壳等重要部件，有效减轻了飞机的重量，提高了飞行速度和高空性能；在汽车领域，利用碳纤维可以显著降低汽车的整体重量、提高悬挂稳定性和驾驶性能等，同时还可以降低油耗，具有广阔的市场前景。
目前，随着新能源汽车的发展，碳纤维的应用将迎来新的机遇。
碳纤维可以应用于电池、电机等部件的制造，优化电池和电动机等部件的性能表现，提高新能源汽车的行驶里程和性能表现。
碳纤维在体育器材领域的应用也极为广泛，比如碳纤维制造的网球拍、高尔夫球杆等，可以使运动器材具有更好的强度、轻量化、稳定性和舒适性等特性，提高了运动效果和过程中的舒适度。
总之，碳纤维具有优异的力学性能、化学稳定性、热膨胀系数低、耐高温、导电性能好等特点，广泛应用于军事、航空、航天、交通运输、体育器材等领域。
在未来，随着技术的发展和应用领域的扩大，碳纤维的应用将会更加广泛。
碳纤维 研究报告
碳纤维研究报告碳纤维的研究报告一、引言碳纤维是一种由碳元素构成的纤维状材料，具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等优异特性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
本报告旨在介绍碳纤维的制备方法、特性以及应用领域等内容。
二、碳纤维的制备方法碳纤维的制备方法主要有石油基碳纤维、煤基碳纤维和聚丙烯基碳纤维等。
其中，石油基碳纤维是目前主要的生产方法。
碳纤维的制备过程一般包括原材料选择、预处理、纺丝成型、高温炭化和表面处理等步骤。
三、碳纤维的特性1. 轻质：碳纤维的密度较低，通常为1.75g/cm³，是钢铁的1/4。
2. 高强度：碳纤维的拉伸强度可以达到6000MPa以上，是钢铁的5倍。
3. 高模量：碳纤维的弹性模量可达到200-700GPa，是钢铁的2-3倍。
4. 耐腐蚀：碳纤维对酸、碱等化学腐蚀性物质具有较好的抗腐蚀性能。
5. 耐高温：纯碳纤维可以在3000℃的高温下仍保持较好的稳定性。
四、碳纤维的应用领域1. 航空航天领域：碳纤维可用于制造航空器、导弹、火箭等航空航天器件，以提高其轻质化和强度。
2. 汽车制造领域：碳纤维可以作为汽车的结构材料，用于制造车身和零部件，提高汽车的安全性和燃油效率。
3. 体育器材领域：碳纤维可以用于制造高档的高尔夫球杆、网球拍、自行车等，具有较好的强度和轻质化特性。
4. 石油化工领域：碳纤维可以用于制造耐腐蚀的管道、储罐等设备，提高生产安全性和长期使用寿命。
5. 建筑领域：碳纤维可以用于制造高强度的建筑材料，如钢筋、混凝土等，提高建筑结构的抗震性和耐久性。
五、结论碳纤维作为一种具有优秀性能的材料，目前已在多个领域得到广泛应用。
随着技术的不断发展和研究的加深，碳纤维的制备方法和性能将进一步改善和提升，有望在更多领域发挥重要作用。
碳纤维材料概述
碳纤维材料概述碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维具有许多优良性能，如轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好等。
碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
在国防军工和民用方面都是重要材料。
它具有许多优点，例如高强度、高刚性、低密度、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性等。
这些特性使得碳纤维在汽车、航空航天、军事、体育和建筑等领域得到广泛应用。
总的来说，碳纤维是一种具有重要应用价值的材料，在各个领域中都有广泛的应用。
对于想要了解更多关于碳纤维信息的人，可以查阅相关书籍或者咨询专业人士。
除了上述提到的应用领域，碳纤维还可以应用于更多的领域。
以下是几个例子：1. 能源领域：碳纤维可以用于制造高效能电池，如燃料电池和锂离子电池。
此外，碳纤维还可以用于制造太阳能电池板，提高其效率和稳定性。
2. 医疗领域：碳纤维具有很好的生物相容性和耐腐蚀性，可以用于制造医疗器械，如手术器械、假肢和药物载体等。
3. 环境领域：碳纤维可以用于制造环保材料，如碳纤维回收塑料和碳纤维空气净化器等。
4. 建筑领域：碳纤维可以用于加固建筑物和桥梁等结构，提高其稳定性和耐久性。
5. 交通领域：碳纤维可以用于制造轻量化交通工具，如碳纤维自行车、电动车和汽车等，提高其性能和安全性。
总之，碳纤维是一种具有广泛应用价值的材料，未来随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，碳纤维将会在更多的领域得到应用。
碳纤维的名词解释
碳纤维的名词解释碳纤维是一种由碳元素构成的强度高、重量轻的材料。
它由柔软的碳纤维束制成，并通过一系列的处理方法形成强大的复合材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
碳纤维的名词解释是对其性质、制造和应用的详细解读，本文将对碳纤维进行深入介绍。
一、碳纤维的组成和性质碳纤维的主要组成元素是碳，其化学式为C。
它的特点是纤维结构呈现出类似棒状的形态，纤维之间呈现出平行排列的状态。
这种结构使得碳纤维具有优异的力学性能，如高强度、高模量和低热膨胀系数等。
碳纤维的制备过程通常包括原材料选择、纺丝和高温处理等环节。
原材料一般是从含有丰富有机碳元素的石油针状炭或聚丙烯等化石燃料中提取。
而在纺丝过程中，炭纤维束被拉伸并用树脂涂覆，以形成筒状的预制品。
高温处理是碳纤维制备的最后一个步骤，通过将预制品暴露在高温下，使其石墨化并获得所需的力学性能。
碳纤维拥有许多优越的性能。
首先，碳纤维具有极高的强度-密度比，使其成为使用强度和轻量化作为设计目标的各个领域的首选材料。
此外，碳纤维还具有出色的耐腐蚀性能，不易受到化学物质侵蚀，保证了其长期使用的质量和稳定性。
此外，碳纤维具有热导性能低和绝缘性能好的特点，使得其在高温环境下有很好的应用潜力。
二、碳纤维的应用领域由于碳纤维的出色性能，它在各个领域都有广泛的应用。
在航空航天领域，碳纤维制造的部件和结构可以显著减轻飞机和火箭的重量，提高燃料效率和飞行性能。
同时，碳纤维还能够增加飞机的耐用性和安全性，减少维护工作和风险。
在汽车制造领域，碳纤维的轻量化特性被广泛应用于汽车结构、车身、底盘和内饰等部分。
通过使用碳纤维材料，汽车的燃料效率得以提高，行驶距离得到延长，同时减少了废气排放。
此外，碳纤维的高强度和优异的抗冲击性能也提高了汽车的安全性能。
在体育器材制造领域，碳纤维被广泛应用于高端运动器材的制造，如高尔夫球杆、网球拍和自行车等。
碳纤维的轻量化和高强度使得运动器材更加灵活，提高运动员的表现和竞争力。
碳纤维加工参数
碳纤维加工参数
碳纤维是一种高性能复合材料，其制造工艺需要多种加工参数进行控制。
以下是碳纤维加工参数的解释：
1. 碳纤维布料压缩率：指碳纤维布在预浸树脂中浸泡后，取出压缩后的体积与未压缩的体积之比，通常在20%~30%之间。
2. 固化温度：指碳纤维预浸树脂在模具中进行热固化的温度，通常为120℃~180℃。
固化温度的选择需要考虑到树脂的性质、纤维的热稳定性等因素。
3. 固化时间：指碳纤维预浸树脂加热后所需的固化时间，通常为30分钟到2小时。
固化时间的选择需要考虑到固化温度、树脂的性质等因素。
4. 碳纤维层压顺序：指碳纤维布的叠放顺序。
通常采用对称叠放、斜向叠放等方式，以满足不同的强度和刚度需求。
5. 压力：指碳纤维预浸树脂在模具中所受到的压力。
压力的选择需要考虑到纤维的层压顺序、树脂的性质、模具的结构等因素。
6. 碳纤维纬向角度：指碳纤维布在纬向上的角度。
通常采用0度、45度、90度等角度，以满足不同的强度和刚度需求。
7. 碳纤维拉伸强度：指碳纤维在拉伸状态下的最大承受力。
碳纤维的拉伸强度通常在4000~7000MPa之间。
8. 碳纤维模量：指碳纤维在拉伸状态下的刚度。
碳纤维的模量通常在200~500GPa之间。
以上是碳纤维加工参数的解释。
在碳纤维的制造过程中，这些参数的选择和控制对于制品的性能和质量有着重要的影响。
碳纤维技术参数tds
碳纤维技术参数tds碳纤维技术参数TDS一、碳纤维的组成和制造工艺碳纤维由碳元素构成，其制造工艺一般包括纺丝、炭化和表面处理等步骤。
纺丝过程中，将聚丙烯等高分子材料溶解并拉丝，形成原始纤维；炭化过程中，通过高温处理，将原始纤维转化为碳纤维，其主要成分为碳元素；表面处理则是对碳纤维进行涂层或处理，以提高其性能和使用寿命。
二、碳纤维的物理性能参数1. 密度：碳纤维的密度一般在 1.75-1.95g/cm³之间，相较于金属材料，其密度较低，能有效减轻结构重量。
2. 强度：碳纤维的强度非常高，其抗拉强度可达到2000-7000MPa，比一般钢材的强度还高。
3. 弹性模量：碳纤维的弹性模量在200-600GPa之间，相较于金属材料，其弹性模量较高，具有良好的刚度和弹性。
4. 断裂伸长率：碳纤维的断裂伸长率较低，一般在0.5%-2%之间，表明其脆性较高。
5. 热膨胀系数：碳纤维的热膨胀系数较低，一般为0.5×10⁻⁶/°C，具有优异的热稳定性。
6. 导电性：碳纤维具有良好的导电性能，可用于制作导电材料和电磁屏蔽材料。
三、碳纤维的化学性能参数1. 耐腐蚀性：碳纤维具有优异的耐腐蚀性能，能够抵抗大多数酸、碱和有机溶剂的侵蚀。
2. 燃烧性：碳纤维在高温下可燃，但在空气中燃烧时，其燃烧速度较慢，不会产生滴落物，具有良好的阻燃性。
3. 氧化性：碳纤维在高温下会发生氧化反应，因此需要进行表面处理或采取防护措施，以提高其氧化稳定性。
四、碳纤维的应用领域和注意事项碳纤维由于其优异的物理性能和化学性能，在航空航天、汽车工业、体育器材等领域得到广泛应用。
在航空航天领域，碳纤维可用于制造飞机机身、翼面和航天器零部件，以提高飞行器的性能和降低重量；在汽车工业中，碳纤维可以用于制造车身和底盘材料，以提高汽车的燃油经济性和安全性能；在体育器材领域，碳纤维可以用于制作高尔夫球杆、网球拍等，以提高球具的稳定性和强度。
碳纤维的制备与应用
碳纤维的制备与应用碳纤维是一种由炭化纤维材料制成的纤维材料，具有诸多优异的性能，如高强度、高模量、低密度、抗腐蚀、耐高温等，所以被广泛应用于航空航天、运动器材、汽车、船舶、建筑等领域。
本文将从碳纤维的制备方法、性能特点以及应用领域方面进行探讨。
一、碳纤维的制备方法目前，碳纤维的制备方法主要有三种：尼龙法、聚煤油法及气相沉积法。
1.尼龙法尼龙法是将聚丙烯等有机纤维在高温下炭化制得碳纤维的方法。
该方法具有工艺简单、易操作、成本低等优点，在碳纤维的早期研制中曾被广泛采用，但受制于原料种类、炭化效率等因素，所得的碳纤维性能相对较差，现已逐渐被淘汰。
2.聚煤油法聚煤油法是将煤油中的苯、甲苯等芳香烃类物质在高温下裂解制得碳黑，再经热处理得到碳纤维。
该方法制备出的碳纤维性能较好，但其成本较高，难以大规模生产。
3.气相沉积法气相沉积法是目前主流的碳纤维制备方法。
该方法利用化学气相沉积、物理气相沉积等技术，在高温下将有机气体分解得到碳元素，经过微调后得到高质量的碳纤维。
该方法的优点是可以控制碳纤维的结构、密度、直径等参数，同时具有生产效率高、工艺稳定、可程式化等特点。
二、碳纤维的性能特点由于其独特的结构和成分，碳纤维具有以下优异的性能特点：1.高强度、高模量碳纤维的线密度很低，但其强度和模量却非常高，能够承受大量的拉伸和压缩力，以及剪切力和弯曲力。
与传统的金属材料相比，碳纤维的强度和模量分别比钢高5-10倍和2倍以上。
2.低密度碳纤维的密度约为2g/cm³，是钢材的1/4，铝材的1/6。
这意味着在重量相同的情况下，碳纤维的强度和刚度明显高于传统材料，同时也可实现轻量化的设计目标。
3.抗腐蚀、耐高温碳纤维具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能，能够在极端的环境条件下使用。
此外，碳纤维的导电性能良好，能够有效地抗静电。
三、碳纤维的应用领域由于其优异的性能特点，碳纤维被广泛应用于以下领域：1.航空航天碳纤维具有高强度、轻质、抗腐蚀、耐高温等特点，是航空航天领域不可或缺的材料。
碳纤维材料性能及应用
碳纤维材料的性能及应用碳纤维是一种纤维状碳材料。
它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。
另外，碳纤维是指含碳量高于90％的无机高分子纤维。
其中含碳量高于99％的称石墨纤维。
性能特点：碳纤维的比重小，抗拉强度高，轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。
但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。
因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。
总之，碳纤维是一种力学性能优异的新材料。
应用领域：用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。
1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。
目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90%以上。
由于碳的单质在高温下不能熔化（在3800K以上升华），而在各种溶剂中都不溶解，所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。
碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。
目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。
其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。
预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。
碳纤维材料的性能与制备
碳纤维材料的性能与制备近年来，碳纤维作为一种高性能复合材料被广泛应用于汽车、航空航天、船舶、体育器材等领域，成为现代工业中的热门材料。
碳纤维具有良好的力学性能、耐腐蚀性、耐高温性等优点，是一种具有广阔应用前景的材料。
一、碳纤维的性能碳纤维是以高强度和高模量的炭素纤维为增强剂，以热塑性或热固性树脂为基体，经过成型、高温固化、热处理等多道工序而成的高强度、高模量、轻量化复合材料。
碳纤维具有如下优点：1.高强度碳纤维的强度非常高，高于一般金属的强度。
在纤维拉伸时，碳纤维表现出很大的韧性和扭曲能力，这使其具有优良的抗冲击性能。
2.高模量碳纤维的模量较高，是钢铁的5-6倍，具有很高的刚性。
3.耐磨性碳纤维的抗磨性能比钢铁好，可以大大延长材料的使用寿命。
4.耐腐蚀性碳纤维具有很好的耐腐蚀性，可以用于许多环境下的使用。
5.耐高温性碳纤维的耐高温性比较好，可以在不同的温度下使用，是一种非常理想的高温材料。
二、碳纤维的制备碳纤维的制备有多种方法，大致分为两类：化学制备和物理制备。
1.化学制备化学制备主要是指采用化学原料经催化剂催化成碳链状物质，在高温条件下引入氧气，然后进行纤维化处理，得到碳纤维。
化学制备的碳纤维通常具有较高的强度和模量。
2.物理制备物理制备的碳纤维主要是利用有机物和含碳物质在高温条件下的热裂解过程中形成的碳化物，经过拉拔、纵向拉伸、高温处理等一系列工艺加工，使其成为具有优异性能的碳纤维。
物理制备的碳纤维比化学制备的碳纤维成本更低，质量控制也更加简单。
三、碳纤维材料的应用碳纤维材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广泛的应用。
1.航空航天领域航空航天领域是碳纤维最广泛应用的领域之一。
碳纤维的轻量化和高强度、高模量的优点使得它成为制造航空航天器的选择。
例如，宇航员所穿的航天服、火箭导弹、航空飞机，都采用了碳纤维材料。
2.汽车领域汽车领域是碳纤维的另一个重要领域。
汽车对零部件的轻量化要求越来越高，碳纤维的轻量化和高强度、高模量的优点使其成为重要的汽车材料。
碳纤维知识总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言碳纤维作为一种高性能材料，近年来在航空航天、汽车制造、体育用品等领域得到了广泛应用。
本文将对碳纤维的相关知识进行总结，包括碳纤维的定义、结构、特性、生产工艺、应用领域等方面。
二、碳纤维的定义与结构1. 定义碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维。
它主要由碳原子构成，具有稳定的层状结构，是一种微晶石墨材料。
2. 结构碳纤维的结构主要由以下几部分组成：（1）碳原子：碳纤维的基本组成单位，通过共价键连接形成稳定的层状结构。
（2）石墨层：碳原子在晶体中被键合在一起，形成平面状的石墨层。
（3）碳纤维晶粒：石墨层之间通过范德华力相互连接，形成碳纤维晶粒。
（4）碳纤维晶界：晶粒之间的界面，起到传递载荷的作用。
三、碳纤维的特性1. 高强度、高模量碳纤维具有高强度、高模量的特性，其拉伸强度可以达到钢铁的7-9倍，而比重仅为钢材的1/4。
2. 耐高温、耐腐蚀碳纤维具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，可在高温、腐蚀性环境下使用。
3. 重量轻碳纤维的密度较小，仅为钢的1/4左右，具有良好的减重效果。
4. 耐冲击、抗疲劳碳纤维具有良好的耐冲击、抗疲劳性能，适用于承受动载荷的场合。
5. 耐热膨胀碳纤维的热膨胀系数较小，具有良好的耐热膨胀性能。
四、碳纤维生产工艺碳纤维的生产工艺主要包括以下四个步骤：1. 聚合：以聚丙烯腈（PAN）为原料，通过聚合反应生成聚丙烯腈树脂。
2. 纺丝：将聚丙烯腈树脂进行熔融纺丝，得到碳纤维原丝。
3. 预氧化：将碳纤维原丝进行氧化处理，生成预氧化纤维。
4. 碳化：将预氧化纤维在高温、无氧环境下进行碳化处理，得到碳纤维。
五、碳纤维的应用领域1. 航空航天碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空航天领域，如飞机、卫星、火箭等。
2. 汽车制造碳纤维在汽车制造领域主要用于轻量化车身、高性能轮胎等部件，以提高汽车性能。
3. 体育用品碳纤维具有良好的减震、抗冲击性能，广泛应用于高尔夫球杆、自行车、羽毛球拍等体育用品。
碳纤维材料的性能
碳纤维材料的性能第一篇：碳纤维材料的性能碳纤维材料的性能及应用摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。
关键词：碳纤维性能应用 0引言碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。
以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。
若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。
随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。
1碳纤维材料1.1何为碳纤维材料碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。
碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。
聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。
用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、信息产业等工业领域。
1.2碳纤维的特点碳纤维是纤维状的碳材料, 由有机纤维原丝在1 000 以上的高温下碳化形成, 且含碳量在90%以上的高性能纤维材料。
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4 超高强CF （UHS） 超高模CF （UHM） 高强－高模CF 中强－中模CF等 2．按原材料分类 聚丙烯腈（PAN）碳纤维 沥青碳纤维 粘胶碳纤维等 3．按功能分类 受力结构用CF 耐焰用CF 导电用CF 润滑用CF 耐磨用CF 活性CF等 4．按制造条件和方法分类 碳纤维：碳化温度1200～1500oC，碳含量95％以上 石墨纤维：石墨化温度2000oC以上，碳含量99％以上 活性碳纤维：气体活化法，CF在600～1200oC，用水蒸汽、CO2、空气等活化 气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有机物在高温下沉积成纤维－晶须或短纤维 第四节 碳纤维的性能 1．碳纤维的物理性能 表2 各种材质碳纤维的主要性能 1.1 碳纤维的力学性能 模量 ： 模量E与取向度有关。提高张力，取向度提高，则 E提高。 强度 ： 强度σ与温度和张力有关。温度T升高，同时提高张力（牵伸率），可以提高碳纤维的强度。 10)1(EE1])1[(dK
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6 辐射功率密度 Wb 与束丝表面温度 T ( Ts)成四次方关系。这就是著名的斯蒂芬 - 玻耳兹曼四次方定律。辐射波长λ max与温度 T有以下关系,即 λ max ·T = 2897 这就是著名的维恩 - 葛利琴位移定律。温度愈高,热辐射波长愈短。热辐射能的载体仍是电磁波 ,波长为 018～40μm 范围内的红外区;其中 ,90 %的热辐射波长在 215～13μm 范围内 ,电热转换效率在90 %以上 ,节能效果十分显著。 1.3 碳纤维的电性能 电阻率：碳纤维的电阻率 Sb 可用下式计算： 其中：S b ：碳纤维的体电阻率(Ω· cm) Rb ：试样长L 的电阻(Ω) ; L：测电阻时的试样长度(cm) t：试样的纤度( tex) ρ：试样的体密度(g/ cm3) 碳纤维的体电阻率 Sb 除与测试长度 L 及其电阻有关外 ,还与纤度和体密度有关。表4列出 PAN基碳纤维电阻率与 K数、 测试长度的关系。表5列出碳纤维 T300 的 K数与纤度的关系。所以 ,根据设计要求,可选择不同类型、 不同 K数和不同长度的碳纤维作为电热源 ,满足不同需求。 表4 PAN基碳纤维电阻率与 K数、 测试长度的关系
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7 表5 碳纤维 T300 的纤度( g/ 1000m, tex) 1.4 密度 在1.5~2.0g/cm3之间，密度与原丝结构、碳化温度有关。 1.5 碳纤维的物理性能总结 优点： 1）密度小，质量轻，比强度高。碳纤维的密度为1.5~2g/cm3，相当于钢密度的1/4，铝合金密度的1/2。而其比强度比刚大16倍，比铝合金大12倍。 2）强度高。其拉伸强度可达3000~4000MPa，弹性比钢大4~5倍，比铝大6~7倍。 3）弹性模量高。 4）具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度的升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。 5） 导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm。 6）耐高温和耐低温性好。碳纤维可在2000℃下使用，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧很柔软，也不脆化。 缺点：耐冲击性较差，容易损伤。 2．碳纤维的化学性能 优点： 1）耐酸性能好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为50%的盐酸、硫酸、磷酸中，200天后其弹性模量、强度和直径基本没有变化；在50%浓度的硝酸中只是稍有膨胀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金。 2）此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。 缺点： 在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。 3．碳纤维的改性 碳纤维表面改性处理方法很多，如空气或臭氧氧化处理、液相氧化、电化学改性处理、γ射线辐照接枝、等离子体处理、气相沉积处理、硅氧烷等偶联剂涂层等，其中电化学改性处理过程缓和，反应易于控制，操作弹性大，适于在线配套使用。 电化学改性处理法又称阳极电解氧化法，是以碳纤维作为阳极，石墨板、铜板或镍板作为阴极，以不同的酸碱盐溶液为电解液，在直流电场作用下对纤维表面进行改性处理，适当增大纤维表面极性和粗糙度，从而达到改善复合材料界面性能的目的。表6为电化学改性处理试验装置示意图。该法操作简单，效果显著，受到人们的普遍关注。
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5 其中：α：纤维轴向取向度 E0：材料固有的弹性模量 K： 碳化的反应速率常数，是温度的函数。 T升高→K升高，反应速度提高。 d： 结晶厚度 表3 几种纤维的应力－应变曲线比较图 1.2 碳纤维的热性能 热导率： 碳纤维主要是靠格波传热。格波是量子化的，其量子叫做声子( Phone)；热导率的大小与声子的平均自由行程有关 ,而平均自由行程与石墨层面 La 相关。实验表明 ,La 愈大 ,热导率λ也愈大。对于PAN 基碳纤维 T300 ,热导率约为 615W/ m ·k，T800 为 26W/ m ·k ,M40 为 85W/ m ·k ；对于中间相沥青基碳纤维 P2120，热导率约是铜(398W/ mk)的 116倍，是铝(237W/ m·k)的 217 倍。 热导率具有方向性平行于纤维方向： 16.74 W/(m·K)；垂直于纤维方向： 0.837 W/(m·K) 温度升高，热导率下降。 热膨胀系数： CF的热膨胀系数具有各向异性的特点：平行于纤维方向为负值；垂直于纤维方向为正值。 热辐射： 碳纤维通电后电热效率的能量平衡如下： 式中,W：电功率；TS：束丝表面温度； D：束丝直径;；TA ：周围环境温度； L ：束丝长度； H：对流传热系数；σ：斯蒂芬-玻尔兹曼常数(56.7nW/ m2·K4) 。 在高温区 ,以辐射传热为主 ,上式可简化为: 。 如果环境温度 TA 、 束丝直径 D 和束丝长度 L为一定值时 ,则上式可写为: 。
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2 第二节 碳纤维的现状及发展 1．碳纤维的发展简史 1860年，斯旺制作碳丝灯泡。 1878年，斯旺以棉纱试制碳丝。 1879年，爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45小时）。 1882年，碳丝电灯实用化1911年，钨丝电灯实用化。 1950年，美国Ｗright--Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维。 1959年，美国ＵＣＣ公司生产低模量黏胶基碳纤维“Ｔhornel—25”，日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了ＰＡＮ基碳纤维。 1962年，日本碳公司开始生产低模量ＰＡＮ基碳纤维（0.5吨/月）。 1963年，英国皇家航空研究所（ＲＡＥ）的瓦特和约翰逊成功地打通了制造高性能ＰＡＮ基碳纤维（在热处理时施加张力）的技术途径。 1964年，英国Ｃourtaulds,Morganite和Roii--Roys公司利用ＲＡＥ技术生产ＰＡＮ基碳纤维。 1965年，日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维美国ＵＣＣ公司开始生产高模量黏胶基碳纤维（石墨化过程中牵伸）。 1970年，日本吴羽化学公司生产沥青基碳纤维（１０吨/月），日本东丽公司与美国ＵＣＣ进行技术合作。 1971年，日本东丽公司工业规模生产PAN基碳纤维（1吨/月），碳纤维的牌号为T300，石墨纤维为M40。 1972年，美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维日本用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒。 1973年，日本东邦人造丝公司开始生产PAN基碳纤维（0.5吨/月） 日本东丽公司扩产5吨/月。 1974年,碳纤维钓竿、高尔夫球棒迅速发展日本东丽公司扩产13吨/月。 1975年,碳纤维网球拍商品化美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel—P” 美国UCC的高性能沥青基碳纤维商品化。 1976年,东邦人造丝公司与美国塞兰尼斯进行技术合作住友化学与美国赫格里斯（Hercules）成立联合公司。 1979年,日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司。 1980年,美国波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维。 1981年,台湾台塑设立碳纤研究中心，日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作。 1984年,台湾台塑与美国Hitco公司进行技术合作，日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800。 1986年,日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000。 1989年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M60。 1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M70J,杨氏摸量高达690GPa。 2．世界碳纤维产业现状及我国碳纤维产业发展 2.1 世界碳纤维产业现状
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1 碳纤维的性能与加工 【摘要】 文章介绍了碳纤维的概念、发展与现状、分类，以及碳纤维的性能与加工方法，还有碳纤维的应用。 【关键词】 碳纤维 分类 性能 电化学改性 干湿法 射频法 加工过程 应用 【正文】 第一节 碳纤维概述 1.碳纤维的概念 碳纤维，英文为Carbon Fiber，简称CF。碳纤维是指由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，是纤维中含碳量在95%左右的碳纤维和含碳量在99%左右的石墨纤维。 2．碳纤维的结构 碳纤维的分子结构介于石墨与金刚石之间。目前公认的碳纤维结构是由沿纤维轴高度取向的二维乱层石墨组成。微晶的形状、大小、取向以及排列方式与纤维的制备工艺相关。 2.1 结构单元 石墨：六方晶系 碳纤维：乱层石墨结构 最基本的结构单元：石墨片层 二级结构单元：石墨微晶(由数张或数十张石墨片层组成) 三级结构单元：石墨微晶组成的原纤维。直径在50nm左右，弯曲，彼此交叉的许多条带状组成的结构 2.2 皮芯层结构 CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。 皮层：微晶较大，排列有序。 芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀。 3．碳纤维的缺陷 3.1 来源 碳纤维中的缺陷主要来自两方面：原丝带来的缺陷与碳化过程带来的缺陷。原丝带来的缺陷在碳化过程中可能消失小部分，但大部分将保留下来，变成碳纤维的缺陷。而碳化过程带来的缺陷则在碳化过程中，大量非C元素以气体形式逸出，使纤维表面及内部形成空穴和缺陷。 3.2 CF中缺陷的观察研究手段： 扫描电镜(SEM)：研究纤维表面缺陷 透射电镜(TEM)：研究纤维内部结构