碳纤维是一种力学性能优异的新材料

第三四讲-碳纤维

石墨的六方晶体结构
碳纤维最基本的结构单元
碳纤维的二级结构单元
石墨层片的缺陷及边缘碳原子石墨微晶原纤维
碳纤维的三级结构单元
碳纤维单丝
碳纤维的结构
• • • • • 条带模型微原纤结构模型皮芯结构三维结构模型葱皮结构
碳纤维结构的条带模型
目前来说，用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维，它是由 PNA原丝经一系列过程制备而成。
PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：
一、预氧化在 200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行。
二、碳化
在400℃～1900℃的惰性气氛中进行，碳纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN 纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％~45％，含碳量 95%左右。
湿法：
纺丝原液→喷丝头→凝固浴(溶剂的水溶液)→水洗、拉伸等
干法：
纺丝原液→喷丝头→纺丝甬道(热空气，溶剂在此受热蒸发) →冷却、拉伸等
原丝纺丝过程中水洗时间与产品碳纤维性能之间关系
水洗时间（s） 3
残留溶剂（％）
6
10
12
27
4.46 3.33 91.7
1.10 1.0
2.93 3.82 107
弹理性温模度量与纤的强维关度热系和处
PAN
碳纤维(CF)制备方法具体介绍
碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤
维为原料，采用间接方法来制造。
碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过
渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，但在3800K以上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。

碳纤维材料

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
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
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 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；

碳纤维综述

PAN基碳纤维摘要:聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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，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、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。

本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。

关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能PAN基碳纤维应用前景航天军事体育用品1.碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。

碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。

碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。

2.PAN基碳纤维的制备从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN的聚合，原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。

2.1 PAN的聚合由于PAN分子结构的特性，纯聚体PAN不适宜作为碳纤维前驱体。

工业生产中，往往采用共聚PAN来制备PAN原丝。

引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。

但也可能带来一些负作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。

2.2 原丝的制备PAN在熔点（317°C）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。

干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内部的缺陷减少、致密性提高。

干湿法纺丝还具有高倍的喷丝头拉伸（3~10mm的空气层是有效拉伸区），纺丝速度高（为湿法纺丝的5~10倍），容易得到高强度、高取向度的纤维等特点，从而保证了碳纤维有足够的强度，是当前碳纤维原丝生产的发展方向。

碳纤维在建筑结构加固中的应用

端。并且其受力情况较为复杂，国的《构加固修复用碳纤维片材》我结也并没有提到关于碳纤维材料加固节点区域的计算方法。目前，国我
只有为数不多的大学对碳纤维材料加固节点进行了研究。同济大学的陆洲导教授通过对５采用碳纤维加固的Ｒ个Ｃ低配箍梁板柱节点用不同方式加固后进行了低周反复试验，比了试验模型对刚度和强度的变化，分析了采用碳纤维加固后节点刚度和承载能力的变化。结果显示：用碳纤维加固后，采结构节点的延性、极限承载能力和抗震性能都有了显著的提高，且各项性能指标都达到或超过了现并行的抗震规范，因此这是一种行之有效的加固方法… 。广州大学的江传良通过对Ｒ梁柱节点进行拟静力试验，了核Ｃ研究心区无配箍节点、碳纤维布与钢架联合加固节点和碳纤维布加固节点的抗震性能。试验结果表明：用碳纤维布— —小钢架联合加固法和采碳纤维布加固法均可以显著提高节点的极限承载能力和屈服承载能力，提高节点的延性，使其强度和刚度的退化趋于缓和，并增强了耗能能力与吸能能力。［２１
震性能与承载能力。图１即为用碳纤维加固的ＲＣ柱详图。李殿平、晓巍等通过对相关试验结果的分析得出：孙当构件的混凝土强度相对较低时用碳纤维布加固效果较好；采用碳纤维布加固钢筋混凝土矩形柱时，对柱子转角部位进行倒圆角处理可以提高加固柱的延性，随着角部圆弧半径的增大，固柱的延性提高幅度也随之增大加。３ＲＣ的加固、梁依照加固梁的破坏特性，在极限状态下受拉钢筋屈服、碳纤维失效、混凝土被压坏的原则，并结合现行的《混凝土结构设计规范》中关于正截面受弯承载力计算的基本原理，出如下假定做：（）截面假定。用碳纤维加固钢筋混凝土梁截面符合平截面假１平定。（）２应力一应变物理关系。碳纤维采用理想弹性应力应变关系，即当０时，－ｄ当￡ｆ￡，－。 ≤８ ≤８ｆｆ￣Ｅ；时ｏｆｆ：＝碳纤维加固Ｒ梁的技术原理在于，Ｃ碳纤维材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点。加固修复钢筋混凝土梁所用碳纤维材料主要为两种：碳纤维材料与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而弹性模量与钢材相当，某些种类（弹性）如高碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且耐久性和施工性能良好，是很好的一种加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结效果，而后者的作用则是使混凝土与碳纤维能够形成一个整体，并且可以协同受力，提高结构构件的抗剪、抗弯承载能力，达到对结构构件进行补强、加固的效果。用碳纤维布对钢筋混凝土梁进行加固时，首先应对框架梁的混凝土强度进行检测，以便为后续工作提供参考，接下来应当通过对加固梁抗弯承载力和抗剪承载力进行计算以便对碳纤维布进行设计。三、纤维加固的施工碳其工艺原理是将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（向连续纤维）用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂单；缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。碳纤维布在粘贴施工时需要遵循下述程序：凝土表面打磨、昆清理干净一涂打底胶一刮找平胶一刷浸润胶一粘贴ＣＲ－０润胶一ＦＰ￣￥浸ＣＲＦＰ表面处理一表面防护处理。其中：１混凝土表面的处理是决定工程质量的关键，、确保混凝土面坚硬平滑才能充分发挥碳纤维布的共同受力。（）１被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构坚硬新面。应清理被加固构件表面有缺陷的混凝土，并且用修复材料将表面修复平整。转角粘贴处要进行处理并打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于２ｒ０ｍ。ａ（）２必要时应按设计要求对裂缝进行灌浆封闭处理。（）３混凝土表面的灰尘需清理干净并用丙酮进行擦拭以保持干燥。２涂打底胶、（）１打底胶用于混凝土表面，具有一定的渗透作用，可在混凝土表面形成一个硬化层并有利于找平胶和浸润胶的粘贴。（）２涂打底胶之前要仔细检查混凝土表面是否完成了上一道工序的处理。（）３用滚筒、毛刷等工具将打底胶均匀涂于混凝土表面，待表面指触干燥后，立即进行下一道工序。３找平处理、（）１当混凝土表面不够平整时，要用找平胶修复，以便使碳纤维布能够平直的粘贴在混凝土表面。（）２应对混凝土表面凹陷部位用找平胶填补平整，且不应有棱角。（）３转角处应用找平胶修复成光滑圆弧，半径不应小于２ｍ０ｍ。应在找平胶表面指触干燥后立即进行下一道工序施工。４ＣＲ的粘贴、ＦＰ

【解决】碳纤维联合仿真解决方案

【关键字】解决碳纤维联合仿真解决方案篇一：碳纤维及其加工技术摘要碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN）、沥青、粘胶纤维等为原丝，经预氧化和碳化制得的含碳量90 %以上的高强、高模、耐高温的特种纤维。

PAN 基碳纤维由于其力学性能优良，应用领域广泛，是当今碳纤维中的主要产品，碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳和抗蠕变等一系列优异性能,为了充分发挥碳纤维的性能,对其进行表面处理非常关键。

分别介绍了碳纤维的气相氧化法、电解氧化法、液相氧化法、等离子氧化法、电聚合(来自: 小龙文档网:碳纤维联合仿真解决方案)法、气相沉积法和表面镀层等表面处理方法,并比较了不同处理方法对碳纤维表面结构和性能的影响。

碳纤维的表面处理对提高其使用性能是一个重要的保证措施,针对碳纤维不同的使用要求,应采用不同的表面处理方法。

碳纤维的这些特性也就意味着他们可以被应用于很多的领域。

主要的应用包括体育运动，例如高尔大球棒和钓鱼杆；航空应用包括飞机元件；和工业应用。

随着工业的不断进步，人们正在寻找很多具有新功能的材料，碳纤维的需求在逐渐增长，广泛地应用于医疗设备、压力容器、土木工程和建筑材料、能源、其它新的工业应用上。

碳纤维的生产成本也在逐渐降低，加工技术趋向多元化，制造商可以按照具体的应用提供一系列的碳纤维产品。

所有的这些都支撑了以工业应用为中心的新型应。

本文将从碳纤维的概况、结构与形态、加工技术、性能、应用等方面介绍关键词：碳纤维、加工工艺、表面处理、材料、强度、性能、功能、工业、发展目录1 碳纤维的概况 (1)世界碳纤维的概况 (2)我国碳纤维的概况 (3)碳纤维的优缺点 (4)碳纤维的分类 (4)根据原丝类型分类 (5)根据碳纤维的性能分类 (5)根据碳纤维功能分类.................................................................................5 2碳纤维的结构和形态................................................................................. 6 3碳纤维的加工. (6)碳纤维的生产工艺 (7)沥青制备碳纤维 (7)以粘胶纤维为原料制造碳纤维 (8)以聚丙烯腈(PAN)为原料制造碳纤维 (9)碳纤维的表面处理 (9)氧化处理 (10)涂覆处理 (10)射线、激光、等离子体处理 (11)接枝聚合表面处理.................................................................................11 4 碳纤维的性能 (12)碳纤维的力学性能 (12)碳纤维的物理性能 (13)碳纤维的化学性能.....................................................................................16 5 碳纤维的应用 (16)土木建筑 (17)工业上的应用 (17)航空、汽车复合材料的应用 (18)医疗卫生、体育用具....................................................................................18 6 碳纤维的展望 (19)碳纤维发展过程中存在的问题及解决措施 (19)碳纤维发展过程存在的问题 (20)我国发展碳纤维产业的应对措施 (20)碳纤维的发展前景.....................................................................................21 7结论............................................................................................................23 参考文献 (24)1 碳纤维的概述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23000~43000Mpa亦高于钢。

碳纤维的性能、应用及相关实用标准

聚丙烯腈基（PAN）碳纤维的性能、应用及相关标准.texindex../ 2010年6月15日 10:42 中国纤检摘要：聚丙烯腈基碳纤维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。

本文简要介绍了国外PAN基碳纤维的发展历程和现状，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，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，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，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、医疗器械和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和以日本为代表的小丝束两大类。

日本和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。

碳纤维布加固施工工艺及质量控制应用技术

采用碳纤维聚合物 CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)加固混凝土结构，是近几年来发达国家中新兴的成熟的加固技术，也是国内工程界日渐关注和发展中的加固应用技术。

本文以东莞市西四环路旧桥加固项目为例，着重阐述碳纤维布加固的施工工艺和质量控制。

旧桥加固；碳纤维布；配套村脂；有效操作时间；硬化养护碳纤维材料是一种力学性能优异的新材料，它的比重为 1.8g/cm3，不到钢的 1/4；而它的抗拉强度普通都在 3500MPa 以上，是钢的 15~20 倍；弹性模量大于 2.35×105MPa，亦高于钢。

因此，碳纤维材料的比重强度即材料的强度和其密度之比大大高于钢板，其比模量也比钢板高。

碳纤维布补强的加固原理就是采用层压方式，将浸透了树脂粘胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土桥板的底面、梁体或者墩柱的表面，并使其和混凝土结合成一体，从而达到加固混凝土桥梁结构的目的。

相对传统钢板补强，碳纤维布补强具有以下优点：施工成本低；施工时效便利迅速；施工空间不受限制；补强物形状不受限制；抗酸、碱、腐蚀及不渗透；补强品质易检测。

东莞市西四环路位于东莞市万江区，属 107 国道的一部份。

该项目总共有3 座大桥和 1 座中桥需加固处理，分别为曲海大桥、宏远大桥、万江大桥和牌楼基中桥， 4 座桥总长 1825.46m。

以曲海大桥为例，主桥结构为两座带挂孔的单箱双室预应力混凝土 T 构， T 构悬壁长4×40m，两端挂孔长 30m。

该 T 构悬臂根部梁高 6m，端部梁高 2m，挂孔为 30m，预应力简支 T 梁；引桥为多孔一联，桥面连续简支结构，上部构造为 20m 预应力混凝土空心板；下部结构为柱式墩、台，桩基础。

根据设计验算表明：在正常使用极限状态下各块空心板的承载能力能满足要求，但挨近中央分隔带侧的次边板及中板，在距中底板下缘存在较大的拉应力，需要加固防止其开裂。

引桥墩身配筋不足，截面尺寸偏小(柱径 1.0m) ，部份墩身极限承载力不满足要求。

PAN碳纤维

聚丙烯腈（PAN）碳纤维黄洛玮1103860621摘要：聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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，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、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。

本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。

关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能 PAN基碳纤维应用前景1.概述碳纤维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，是新一代增强纤维。

聚丙烯碳纤维是一种以聚丙烯腈(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，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、医疗器械和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。

2.PAN碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。

碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。

碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。

PAN选用的原因：1、PAN结构式:这是迄今发展高性能碳纤维最受人瞩目先驱体2、选用PAN原因：a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向；b、碳化收率（1000℃~1500℃）为50%~55%;c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏;d、在180℃附近存在塑性，便于纺丝后的改性处理和经受高温碳化处理。

碳纤维复合材料的拉伸强度

碳纤维复合材料的拉伸强度引言碳纤维复合材料是一种具有优异力学性能和轻质化特点的新型材料，广泛应用于航空航天、汽车、体育用品等领域。

其中，拉伸强度是评价碳纤维复合材料性能的重要指标之一。

本文将详细介绍碳纤维复合材料的拉伸强度及其相关知识。

1. 拉伸强度的定义拉伸强度是指材料在拉伸过程中所能承受的最大拉力。

它是材料抵抗拉伸破坏的能力的一个重要参数。

通常以标称断裂强度来表示，单位为MPa。

2. 碳纤维复合材料的构成和制备碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成。

碳纤维是一种由碳元素组成的纤维状材料，具有高强度和高模量的特点。

树脂基体则起到支撑和保护碳纤维的作用。

制备碳纤维复合材料的过程主要包括以下几个步骤：1.碳纤维预处理：将原始碳纤维进行表面处理，提高其与树脂基体的黏结性；2.预浸料制备：将经过预处理的碳纤维浸渍于树脂基体中，形成预浸料；3.预浸料层叠：将多层预浸料叠加在一起，形成复合材料板材；4.热压固化：将复合材料板材放入热压机中进行高温高压的热固化处理；5.加工成型：根据产品的需求，对固化后的复合材料进行切割、成型等加工工艺。

3. 影响拉伸强度的因素碳纤维复合材料的拉伸强度受到多种因素的影响，主要包括：3.1 纤维性能碳纤维的性能直接影响到复合材料的拉伸强度。

碳纤维的强度和模量决定了复合材料的整体性能。

通常采用高强度、高模量的碳纤维可以提高复合材料的拉伸强度。

3.2 纤维体积分数纤维体积分数是指在复合材料中纤维的体积占比。

增加纤维体积分数可以提高复合材料的拉伸强度，因为纤维是主要承载力的成分。

3.3 树脂基体性能树脂基体的性能对拉伸强度也有一定的影响。

具有较高强度和良好黏结性的树脂基体可以提供更好的支撑和保护作用，从而提高复合材料的拉伸强度。

3.4 加工工艺碳纤维复合材料的制备过程中的加工工艺也会对拉伸强度产生影响。

合理的加工工艺可以保证复合材料的均匀性和一致性，从而提高拉伸强度。

4. 测定拉伸强度的方法测定碳纤维复合材料的拉伸强度通常采用万能材料试验机进行拉伸试验。

碳纤维材料介绍

碳纤维材料介绍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。

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 23000-43000Mpa，也高于钢。

碳纤维复合材料可用作汽车车身、底盘、传动轴、轮毂、板簧、构架和刹车片等制件。

目前钢铁材料约占车体重量的3/4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36%，二氧化碳排放量可削减17%。

一、碳纤维的优点1、比强度高，是最佳的轻质高强车体材料。

2、轴向强度、模量高，无蠕变，制作传动轴。

3、正面碰撞时成无数细小碎片，吸收大量的撞击能（是钢结构4倍）安全性高。

4、兼备纺织纤维的柔软，可加工性强。

5、有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性好，寿命长，维修费用低。

6、冷热膨胀系数小，极端气候条件下尺寸稳定性高。

7、活性碳纤维超级电容器可提高能量密度，又可降低成本适用于电动车制动。

8、复合材料容易成型，制得满足空气动力学原理及美观需求的外形曲面。

9、表皮光滑美观，制造车身，可以省去高成本、繁琐的涂装工艺。

10、将不同零件一体成型，便于汽车结构的模块化、整体化制造。

碳纤维在汽车的应用实现了轻量化和刚性需求，达到节能减排、降低油耗的目的，碳纤维材料可以作为未来汽车的主流材料。

二、碳纤维的弊端1、工艺复杂，主要采用热压罐,真空导入等传统工艺，这种工艺生产效率低、生产周期长、产品造价高，无法满足汽车大批量规模化生产要求。

2、成本相对高昂，碳纤维材料的价格是金属材料的数倍，制约了其在汽车领域的应用与发展。

3、设计人才缺乏，且由于该技术之前较少在国内应用，所以从事过碳纤维量产部件设计的人才非常稀缺。

总之，无论从性能还是环保角度出发，汽车轻量化都已成为一种必然趋势，而采用碳纤维材料是汽车轻量化的必由之路。

聚丙烯腈基(PAN)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\应用及相关标准作者：陈蓉蓉王莘蔚来源：《中国纤检》2010年第11期摘要聚丙烯腈基碳纤维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和现状,PAN基碳纤维的制备、结构、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Abstract: PAN-based Carbon fiber is a new material with exceptional mechanical property. It has been extensively applied in aviation, space flight, construct, sports, automobile, medical treatment, etc. fields. A brief review of the evolution and current situation of the PAN-based Carbon fiber at home and abroad were included. Furthermore, the preparation, structure, performance and the application area of the PAN-based Carbon fiber were also introduced. Interrelated standards and test methods were specifically expressed. The development in the future was prospected.Key words: Carbon Fiber;Polyacrylonitrile;Standard碳纤维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,是新一代增强纤维。

碳纤维论文

论述碳纤维的制造技术及在航天发射领域的应用王晓刚200905731.摘要:碳纤维是一种力学性能优异的新材，在过去的二三十年里得到广泛的研究。

其含碳量在90%以上，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。

关键词:碳纤维,制造,航天领域,应用2.碳纤维的制造2.1发展历程碳纤维主要是由沥青、人造丝和聚丙烯腈为主要原料而制造的，目前结构材料中主要使用PAN碳纤维。

1950年，美国Wright-Patterson空军基地开始研制粘胶基碳纤维。

1959年，最早上市的粘胶基碳纤维Thornel-25就是美国联合碳化物公司(UCC)的产品。

与此同时，日本研究人员也在1959年发明了用聚丙烯腈(PAN)基原丝制造碳纤维的新方法。

在此基础上，英国皇家航空研究院开发出了制造高性能PAN基碳纤维的技术流程，使其发展驶入了快车道，PAN基碳纤维成为当前碳纤维工业的主流，产量占世界总产量的90%左右。

20世纪70年代中期，UCC在美国空军和海军的资金支持下，研发高性能中间相沥青基碳纤维；1975年研发成功Thornel P-55(P-55)，在1980～1982年之间，又研发成功P-75、P-100和P-120，年产量为230t。

P-120的模最高达965GPa，是理论值的94%，热导率是铜的1.6倍，线膨胀系数仅为-1.33×10-6/K，且在375℃空气中加热1000h仅失重0.3%~1.0%，显示出优异的抗氧化性能。

它们已广泛用于火箭喷管、导弹鼻锥、卫星构件、舰艇材料等方面。

碳纤维的表面处理技术

碳纤维表面改性技术摘要碳纤维是一种高性能的材料，它在军事及工业等领域已得到广泛的应用，但由于表面结构的不足，而限制其在复合材料中的部分应用，因此，为了提高碳纤维复合材料的界面结合力，目前国内外的多种表面改性技术得到广泛的应用，主要包括氧化处理，表面涂层法，射线、激光辐射改性及其他处理方法等。

关键词碳纤维，表面改性，氧化处理，表面涂层1 前言碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在85%以上，它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得[1]。

碳纤维具有十分优异的力学性能，具有比强度高、比模量高等优异特性，在国民经济各个领域得到广泛应用。

是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。

除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。

作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。

因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。

碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响[2]。

2 碳纤维的简介碳纤维一般是用分解温度低于熔融点温度的纤维状聚合物通过千度以上固相热解而制成的，其含碳量在85％以上，在热裂解过程中排出其它元素，形成石墨晶格结构。

根据性能的不同可分为高强度、高模量碳纤维，活性碳纤维和离子交换碳纤维。

PAN碳纤维讲解

聚丙烯腈（PAN）碳纤维黄洛玮1103860621摘要：聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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，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、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。

本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。

关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能 PAN基碳纤维应用前景1.概述碳纤维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，是新一代增强纤维。

聚丙烯碳纤维是一种以聚丙烯腈(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，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、医疗器械和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。

2.PAN碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。

碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。

碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。

PAN选用的原因：1、PAN结构式:这是迄今发展高性能碳纤维最受人瞩目先驱体2、选用PAN原因：a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向；b、碳化收率（1000℃~1500℃）为50%~55%;c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏;d、在180℃附近存在塑性，便于纺丝后的改性处理和经受高温碳化处理。

碳纤维布加固施工规范

碳纤维布加固施工规范碳纤维材料是一种力学性能优异的新材料，它补强的加固原理就是采用层压方式，将侵透了树脂粘胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土桥板的底面、梁体或墩柱的表面，并使其与混凝土结合成为一体，从而达到加固混凝土桥梁结构的目的。

其具有以下优点：施工成本低；施工时效便利迅速；施工空间不受限制；补强物形状不受限制；抗酸、碱、腐蚀及不渗透；补强品质易检测。

1、一般要求1-1碳纤维布及配套树脂粘胶应符合国家质量标准。

1-2施工前应对桥梁进行全面检查，对施工部位进行确认和统计。

1-3施工过程中，应掌握桥址处历史气象资料和近期的天气预报资料，避开可能突发的灾害性天气，并采取必要的预防措施确保结构安全。

2、施工工艺2-1 施工工艺框图2-2 各工序具体文字要求2-2-1 施工准备（1）材料检验和试验材料的采购进场必须随或附带有产品出厂检验报告，以初步判断该材料是否满足本加固工程的品质要求。

材料进场后应立即抽样送检，待检验合格后方可投入使用。

（2）搭设施工平台可以根据施工现场地形情况，采用竹木钢管支架或其他方式搭设，须注意平台的稳固性和作业高度。

（3）测量放线根据图纸要求，在混凝土表面放线标出粘贴碳纤维布的位置。

（4）准备施工机具本工程使用的机具主要有：砂轮机、搅拌器、称量器、刮刀、滚筒、油刷等。

2-2-2 表面处理（1）用手提沙轮机将混凝土表面层（风化层、污物、浮浆浮块）除去，并打磨至粗骨料出现为止。

（2）打磨完后用高压气枪将粉尘及松动物质清除，并确保其充分干燥，表面平整无灰尘。

（3）若补强施工范围内存在锐利棱角，须将其磨成为1~2cm以上圆弧R角，以免造成应力集中而降低补强效果。

2-2-3 截面修复和整平贴合面（1）钢筋露出部位需做防锈处理。

（2）加固施工范围若有裂缝现象产生，需根据裂缝宽度进行裂缝封闭或灌胶处理。

（3）断面面层上有剥落、孔隙、蜂窝或模板高差的部位需打磨去除或磨平，再用找平树脂进行修复。

（4）配制找平树脂，用灰刀刮抹在不平整的混凝土表面，以消除所有缝隙和不平整处。

碳纤维物理性质分析

碳纤维物理性质分析碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。

它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。

作为高性能纤维的一种，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。

因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。

一、碳纤维性质碳纤维是一种力学性能优异的新材料。

他的比重不到钢的1/4，比铝还要轻，比强度是铁的20倍。

同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。

因此，可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、GOLF球棒等体育休闲领域。

由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。

采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机以及卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，而且因质量小而动力消耗少，可节约大量燃料。

据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg。

碳纤维除了具有一般碳素材料的特性:耐高温, 耐磨擦, 导电, 导热及耐腐蚀等, 其外形有显著的各向异性, 柔软, 可加工成各种织物, 又由于比重小, 沿纤维轴方向表现出很高的强度, 碳纤维增强环氧树脂复合材料, 其比强度、比模量综合指标, 在现有结构材料中是最高的。

碳纤维还具有极好的纤度〔纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数〕，一般仅2约为19克, 拉力高达300kg/mm。

目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能, 因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温，化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的仇势。

碳纤维的物理性质如下:3(1)碳纤维的密度在1.5—2.0g/cm之间，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理3的温度。

土木工程新型材料-碳纤维

碳纤维
土木工程新型材料
制作小组：邵亮、徐海涛、马任、孔岳
碳纤维
• • • • • • • • 1.1 概述 1.2 碳纤维的生产工艺 1.3 碳纤维的性能指标 1.21 碳纤维的强度 1.22 碳纤维的弹性模量 1.23 碳纤维的断裂伸长 1.4 碳纤维的应用 1.5 碳纤维的缺点
1.1概述
•
1.2 •
碳纤维的生产工艺
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
1.3
碳纤维的性能指标
1.21 碳纤维的强度 • 一般抗拉强度都在3500 Mpa 以上， 1.22 碳纤维的弹性模量 • 弹模在230000 Mpa 以上 1.23 碳纤维的断裂伸长率 • 伸长率在1.4%以上
1.4
碳纤维的应用
• 碳纤维成品在土木工程中应用主要有纤维布、纤维板、棒材、型材、短纤维等，各有不同的使用范围，而当前加固工程中பைடு நூலகம்量最大和最普遍的还是碳纤维布(片)，碳纤维布常用的规格是200g/m2和300g/m2，厚度分别是 0.111mm和0.167mm；碳纤维复合板厚度一般为 1.2~1.4mm，由3~4层碳纤布经过树脂浸渍固化而成，主要用于梁、板的加固，用纤维板加固的结构，外形规整，施工简便，但原材单价较高，国内使用尚不普及。
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 23000~43000Mpa亦高于钢。由于它强度比钢的大、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.不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个碳纤维的时代。