碳纤维ppt. 共29页

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碳纤维概念
碳纤维是复合材料 碳纤维是一种纤维状碳材料。呈黑色，坚 硬，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。
碳纤维的制造
通常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。
此外还有C/C刹车片。
（3）交通运输
用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等
制件；船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼 雷快艇、快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、 航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水艇、 雷达罩、深海油田的升降器和管道。
（4）运动器材
用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、
曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓
杆、滑雪板、雪车等。
碳纤维自行车
（5）土木建筑 幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度 大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地 板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌 板、抗震救灾用补强材料。
利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高 承载力及延长寿命是目前比较流行的方法， 在建筑业中有着广泛的发展前景。
碳纤维构件 试验
碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的 结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料 将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对 结构及构件加固补强的目的。
碳纤维瓦
2019年5月10日，荷兰建成世界上最长的碳 纤维复合材料桥。该桥长24.5米，宽5米。
（6）其它工业 化工用的防腐泵、阀、槽、 罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。生体 和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X光 机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和 剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极 度、音响、减磨、储能及防静电等材料也 已获得广泛应用。
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3.聚丙烯腈基碳纤维
聚丙烯腈基碳纤维为人造合成纤维，俗称 人造羊毛。生产碳纤维不采用民用腈纶， 而是采用特殊组分且性能优良的专用PAN 基纤维。PAN原丝经一系列热处理后，由 有机合成纤维转化为含碳量在92﹪以上的 无机碳纤维。
制取碳纤维的 要点是细旦化、结晶化和均 质化以及生产全过程的环境洁净化。聚丙 烯基碳纤维性能好﹐碳化得率较高 (50～60 ％)﹐因此以聚丙烯制造的碳纤维约占总碳 纤维产量的 95％。
碳纤维的用途
1）宇航工业 用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻 锥、大面积防热层；卫星构架、天线、太 阳能翼片底板、卫星-火箭结合部件；航天 飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃 太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和 无线电天线。
航天飞机
（2）航空工业
用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机 体；次承力构件，如方向舵、起落架、副 翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，
碳纤维的分类及特性
20世纪50年代，美国研发大型火箭和人造 卫星以及全面提升飞机性能，急需新型结 构材料及耐腐蚀材料，使碳纤维重新出现 在新材料的舞台上，并逐步形成了黏胶基 碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤 维的三大原料体系。以下分别介绍此三种 原料体系。
1.黏胶基碳纤维
1891年，美国人克洛斯和贝文发明了黏胶 纤维；1950年，Muller采用稀硫酸和硫酸 盐作为凝固剂，使黏胶纤维性能得到大幅 度提，奠定了近代制造高性能黏胶纤维的 基础；1909年，黏胶纤维产业化，为20世 纪50年代黏胶纤维的的发展创造了必要的 原料条件。
目前主要生产黏胶纤维的原料主要有木浆 型和棉浆型两种浆粕，俄罗斯和白俄罗斯 主要采用木浆型，我国主要采用棉浆型。 以黏胶丝为原料制碳纤维碳化得率只有 20～30％﹐这种碳纤维碱金属含量低﹐特 别适宜作烧蚀材料。
2.沥青基碳纤维
沥青基碳纤维分为两大类：一类是通用级， 由各向同性沥青制造纤维；另一类是高性能 级，由各向异性中间沥青制造纤维。以沥青 纤维为原料时﹐碳化得率高达 80～90％﹐ 成本最低﹐是正在发展的品种。
根据使用要求和热处理温度的不同﹐碳纤 维分为耐燃纤维﹑碳纤维和石墨纤维。例 如 300～350℃ 热处理时得耐燃纤维 ﹔1000～1500℃ 热处理时得碳纤维﹐含碳 量为 90～95％﹔碳纤维经 2000℃以上高 温处理可以制得石墨纤维﹐含碳量高达 99 ％以上。
碳纤维的优缺点
碳纤维材料与其他加固材料对比 （1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢 材的10倍。 （2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹 性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合 材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和 四分之一。
（3） 疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材 料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交 变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的 30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂 纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性， 复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的 70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
（4）重量：约为钢材的五分之一。 （5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘 贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于 规则构件表面
碳纤维
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碳纤维的起源
碳纤维的起源 1860年，英国人瑟夫·斯旺将
细长的绳状纸片碳化制取碳丝，以此制作电 灯的灯丝。大约在1879年，他把棉纱浸入硫 酸，焦干处理，然后碳化，或将硝化纤维素 从膜孔中挤出成丝，然后在碳化，并获得专 利。由于当时解决不了灯泡的真空问题，所 以没有实用化意义。但是，碳丝的起源或溯 源点应该是从他开始的。