碳纤维行业发展现状

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1 碳纤维的发展历史 2
碳纤维的特性
3 碳纤维的研究热点 4 碳纤维的应用及前景
1 碳纤维的发展历史 碳纤维的起源
1860-1879年，英国人瑟 夫将棉线浸入硫酸，焦干 处理，然后碳化，制取碳 丝，并获得专利
1879年，美国人爱迪生将 油烟和焦油的混合物做成丝， 并进一步碳化制作成灯丝， 持续照明45h。
空波音777是一款由美国波音公司 制造的中远程双引擎宽体客机，是目 前全球最大的双引擎宽体客机。B777 大量采用的是T800和韧性环氧树脂的 预进料。
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4 碳纤维的应用及前景 碳纤维在的应用领域
碳纤维的应用领域
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4 碳纤维的应用及前景 碳纤维在战略武器的应用
碳纤维高强度，质 量轻，化学性质稳定， 耐高温，使得在军工 上应用广泛。
工
业
业
土 木 建 筑
表面涂层 等离子体处理
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PAN原丝电镜照片
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3 碳纤维的研究热点 碳纤维表面氧化处理
气相氧化使用的氧化剂有空气、氧气、臭
气相氧化法 氧等含氧气体。
氧化处理
液相氧化法
硝酸、酸性重铬酸钾、次氯酸钠、过氧化氢 和过硫酸钾等处理
将碳纤维作为阳极置于电解质溶液中，通
电化学氧化法 过电解所产生的活性氧来氧化碳纤维表面而
碳纤维增强的环氧树脂
碳纤维增强热塑性树脂 基体复合材料（CFRTR）
混合增强复合材料（CFRP）
碳纤维增强聚醚醚酮
碳纤维和玻纤增强的芳 纶纤维
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碳纤维的照片
4 碳纤维的应用及前景
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4 碳纤维的应用及前景 碳纤维在航空的应用
空中客车A380是欧洲空中客车工业 公司研制生产的四引擎、550座级超大 型远程宽体客机，空中客车A380投产 时是载客量最大的客机，有空中巨无 霸之称。制造材料大量采用CFRP。
1972年，化工部吉林化工 研究院开展硝酸法研制PAN原 丝，在年产3万吨装置上一步 法制取原丝。
1975-1990，国外碳纤维进入 飞速发展阶段，但国内仅实 现从没有到有产品，不能够 规模化生产。
1962年，中科院长春应 用化学所成立以李仍元为组 长的碳纤维研究小组，进行 大量研究。
1975，冶金部提供上海碳素 厂2吨原丝研制碳纤维。
2000年碳纤维发展进入新 阶段，2007年产能进入飞速 发展阶段；目前国内有近30 家企业
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1 碳纤维的发展历史 国内厂家和国外厂家对比
东丽、东邦、三菱丽阳号称日本碳纤维领 域“三剑客”。每年他们都悉数亮相复材展。 占世界40%市场份额。
技术不够先进，厂家众多，Байду номын сангаас润低。
技术先进，资本雄厚，处于垄断地位。
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JKGH200105005.htm
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碳纤维的照片
3 碳纤维的研究热点
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3 碳纤维的研究热点 碳纤维表面改性
氧化处理
碳纤维表面的粗糙度、 微晶大小、官能团的种类 和数量对碳纤维与树脂基 体的结合性能有很大的影 响。
1970至今，日本美国基本 垄断碳纤维技术，1992年日 本东丽公司研制M70J，杨氏 模量690GPa
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1 碳纤维的发展历史 日本东丽几种类型碳纤维
类别 拉伸强度/GPa 杨氏模量/GPa 类别 拉伸强度/GPa 杨氏模量/GPa
T300
3.54
231
M35J
4.71
345
T400H
4.43
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4 碳纤维的应用及前景 碳纤维在高新技术的应用
正负离子对撞机中的束 流管主漂移室内外筒构件 采用碳纤维复合材料。
在核聚变方面，托马克 聚变反应直接接触的部件 用C/C复合材料。
在铀的分离和浓缩中也 作为装置材料。
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4 碳纤维的应用及前景 碳纤维在民用领域的应用
汽
能
车
源
工
引入极性基团，
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3 碳纤维的研究热点
碳纤维复合材料
钢
钢 复合材料
铝
铝
复合材料
为了适应各种领域的要 求，碳纤维增强基体材料， 使得基体材料的性能更加 完善。
质量
钢 复合材料 铝
刚度
钢 复合材料 铝
强度
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耐疲劳度
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3 碳纤维的研究热点 碳纤维复合材料
碳纤维增强热固性树脂 基体复合材料（CFRTS）
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碳纤维的照片
2 碳纤维的特性
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2 碳纤维特性 碳纤维的理化性质
碳纤维兼具碳材料强抗 拉力和纤维柔软可加工性两 大特征. 能够耐受3000度以 上的高温，具有突出的耐热 性能，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。
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。
碳纤维———Carbon fiber
碳纤维———Carbon fiber
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碳纤维的定义
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。
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碳纤维材料的应用
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251
M40J
4.43
379
T700S
4.92
231
M46J
4.23
438
T800H
5.51
296
M50J
3.94
478
T1000
7.02
296
M60J
3.94
590
注：T为碳纤维，M为石墨纤维
Q235号刚的拉伸强度235MPa，杨模量200GPa
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1 碳纤维的发展历史 中国的碳纤维发展历史
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2 碳纤维特性 碳纤维的分类
聚丙烯腈基碳纤维
沥青基碳纤维
黏胶基碳纤维
制备高性能碳纤维，
总量不足世界总
是碳纤维制备的主流 碳化率高，成本最低。产量的1%，碱金属含
方法，总产量的95%。
量低。
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2 碳纤维特性 聚丙烯腈基碳纤维制备工艺
1,原丝制备 2 预氧化 3 碳化 4 石墨化 5 表面处理 6 上浆处理
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1 碳纤维的发展历史 碳纤维发展壮大
1959年，美国UCC公司生 产低模量的碳纤维。
同年，日本人发明了PAN 基碳纤维
1965-1970年日本人发明 沥青基碳纤维，同时日本东 丽公司和美国UCC公司技术合 作。
1950年，美国人空军基 地开始研制黏胶基碳纤维
1959-1964年，英国成功 打通制造高性能的PAN基碳 纤维。