碳纤维及其复合材料

碳纤维及级复合材料
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应用Application
工业能源（导电性、耐蚀性、抗辐射、轻量化、耐
疲劳、刚性、减震等应用） 1.核材料离心机的旋转筒体（用比强度高的材料才能 获得高转速和高的分离效率
2.海底油田用管、绳索等，各种传感及电磁屏蔽，防 静电，非磁性导线等
3.
ຫໍສະໝຸດ Baidu
4.
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应用Application
石墨分子结构
金刚石分子结构
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简介Brief
世界上最早的碳纤维，起源于19世纪60年代，爱迪生 发明电灯的时期，当时的白炽灯灯丝使用的是碳纤维。
目前碳纤维的三大种类
1、聚丙烯腈（PAN）基。 2、沥青基 3、粘胶基
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简介Brief
PAN基碳纤维
由日本人发明，经英国 瓦特完成制造新工艺， 从而发展迅速
通过制备沥青纤维转化中间相沥青后再 碳化
具有高拉伸模量，但强度较低，成本高 美国UCC公司生产世界上最好的沥青基
碳纤维，其中K1100X具有最高模量 （966GPa)有最好的热导率.
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简介Brief
粘胶基碳纤维
1959-美国联合碳化物公司UCC开始生产
特性耐烧蚀，应用于军工及航天飞行器， 但碳化率低（20%-30%），工艺复杂， 能耗较多，有被PAN基取代的趋势。
IT行业（轻量化、耐疲劳、刚性、减震等应用）
Sony X505/sp 10.4寸 785g
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应用Application
三脚架（轻量化、耐疲劳、刚性、减震等应用）
富曼图055CX系列 采用最新碳纤维生产技术， 制成的100%纯碳纤圆形脚管， 使脚架自重更轻， 提高稳定性及耐用度。
M35J（6K）
4.7
343
1.75
5
0.17 39.05538
1.1
M50J M60J
4.12
475
1.88
5
0.17
96.6966
0.9
3.92
588
1.93
5
0.17 151.9518
0.7
黑金属及部分有色金物性
碳钢 铜
0.2-1.5 -0.209 128E
7.85
--
8.96 --
0.49 --
不变 ） 抗老化性好 可设计性强，方便造型 导电、电磁屏蔽、吸收电磁波等能力
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性能Performance
通过对分子结构力计算碳纤维理论拉伸强度为180Gpa，拉伸模量 (△f/△h)为1020GPa.
一般45号钢热处理后在400-550Mpa,80以上高碳钢可超1000Mpa。
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应用Application
土建：碳纤增强水泥、木材，各种桥梁 管道、遂道等
碳化率高（40%-45%）
高强度、高模量，性能 优良
占碳纤维总产量的90% 以上
世界碳纤维产量占比
Cytec氰特 4.8% Hexcel赫氏
8.1%
台塑 9.9%
中国、俄罗斯、 韩国和印度 1.2%
东丽 34.5%
三菱 18.9%
东邦 22.6%
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简介Brief
沥青基碳纤维
空间站、航天飞机、 太空望远镜等
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应用Application
文体器材（轻量化、刚性、敏感性、吸能减震应用）
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早在1992年，美国通用汽车公司就提出了超轻概念车， 该车车身采用碳纤维复合材料，由手工碳纤维预浸料工艺制造， 整体车身的质量为191公斤。 用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件， 可减轻质量68%，从而节约汽油消耗40%。
工业交通（轻量化、高速化、耐疲劳、减震应用）
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应用Application
工业交通（轻量化、高速化、耐疲劳、减震应用）
F1车队采用碳纤维制造赛车车身和碰撞缓冲构件 ，从而显 著减少赛事中的重伤事故，碳纤维复合材料的能量吸收能
力比金属材料高4倍到5倍左右 。
另外，高铁车厢、制动刹车、转向滑块、超导支撑件都由 碳纤复合材料制作
拉伸强度 GPa
拉伸模 密度 量Gpa g/cm3
单丝直径 um
比热容
热导率 W/(M*k)
电阻率/103Ωm)
T300（1K)
3.53
230
1.76
7
0.19
10.465
1.7
T700S T1000
4.9
230
1.8 -- 7
0.18
9.4185
1.6
7.02
294
1.8
5
0.18
32.0229
1.4
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。
石墨纤维：含碳量高于99％的碳纤维。 碳纤维经2200-3000度高温石墨化处理得 到石墨纤维。
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简介Brief
C 碳元素（碳的单质在高温下不能溶化，于
3800K<3526度>以上会升华）
47-58 398
1.75*10-3
铝
0.04-0.05 62E
2.78 --
--
247 2.83*10-3
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应用Application
航天航空（轻量化、耐疲劳、耐热、耐磨损应用）
飞机、宇宙飞行器、导弹、火箭、其它
波音787：按重量）：61℅复合物料（碳纤维），
20℅铝，11℅钛，8℅钢。 按体积，占787全机物料的80℅均为复合物料。
我国中科院山西煤化研究所建成吨级粘 胶基碳纤维生产线，以供国防需求。
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性能Performance
比强度（强度密度比）和比模量（模量密度比）高。 抗疲劳性好 破损安全性好 减震能力强 （cfrp震动阻尼强，能使震动很快衰减 ） 高温性能良好 （可承受2000摄氏度左右高温，而强度
碳纤维及其复合材料
新材料系列
碳纤维及级复合材料
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目录Content
简介Brief 性能Performance 应用Application 工艺Process 成本Cost 总结Summary
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简介Brief
碳纤维是一种含碳量高于90％的无机高 分子纤维 。它是一种强度比钢的大、密度比铝的
强度最高的碳纤维T1000，拉伸强度为7.02GPa,仅为理论值的4%
强度最高的石墨晶须，拉伸强度为21GPa,为理论值的11.7%,拉伸 模量为700GPa，可能还不能实现量产，说明碳纤维还有很大提升 空间
以上最好的纤维我国都生产不出来
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性能Performance
牌号
部分日本东丽公司碳纤维牌号及 性能