复合材料期末复习资料
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Pc Pf Pm c Ac f Af m Am
Ec c Ac E f f Af Em m Am
纤维体积分数
f
Vf Vc
Af Ac
m 1 f
根据等应变的假设 c f m
则纤维承担的载荷与基体之比为：
Pf f Af E f f Af E f f E f f Pm m Am Em m Am Em m Em 1 f
• 物理性能： ρ=1.5～2.5g/cm3,
热膨胀系数轴向为负，径向为正，α=-0.72～-0.9×10-6/K
α′=32～22×10-6/K • 化学性能： 与碳相似，除被强氧化剂氧化外，一般对酸、
碱惰性，在空气中T＞400℃后开始明显氧化，但非氧化性 气氛中，碳纤维具有突出的耐热性，直到T＞1500℃强度才 开始下降
析出速度
随着温度的 升高而增大
最佳温度范围
过高： 晶化使晶界变弱， 与芯线反应 生成脆性层
过低： 硼之间的结合力 变弱
• 在硼纤维开发的初期，作为芯线大多是钨丝芯线（纤维为 100μm时，芯线为13μm，150μm时为约20μm），后来从 成本上考虑，多使用碳的芯线（约30μm）。一般市场上 所出售的硼纤维直径为150μm，实际应用中还可以再粗一
池窑法
3.2.3 性能和应用（E玻纤）
典型性能： ρ=2.55g/cm3, σb=1750MPa，E=70GPa， α=4.7×10-6/K 软化温度 550～580℃，高温性能：300℃×24h σ↓20% 400℃×24h ↓50%， 500℃×24h ↓70%， 600℃×24h ↓80%
无机（Gf、Cf、Bf、SiCf、Al2O3f等） 有机（芳纶纤维）
3.1.1 纤维状增强材料的特点
① 与同材质的块体材料相比，强度高得多
例如：E-玻璃40～100MPa，
Gf：1000MPa（d10微米） 2400MPa（d5微米）
原因：影响材料强度的主要
因素是材料中存在缺陷的形 状、位置、取向和数目。
卤化硼反应法
H2+BCl3
H2
卷线轴
H2+HCl
芯线
反应区
预热区
• 将硼砂制成三卤化硼（如BCl3），气化后与H2等 气体一起加热，并使其在钨丝或者碳丝上流过，
发生反应：2BCl3+3H2→2B+6HCl，则可在细丝 上析出硼，以适当的速度拉卷细丝，则可以得到
硼纤维，该过程称为化学气相沉积。
Βιβλιοθήκη BaiduCl3的流量 芯线的温度 芯线拉卷速度 反应槽的长度
1985 50
1990 21
1995 20
2000 17
3. 4 硼纤维
• 硼纤维是以钨丝为芯线，用化学气相沉积 （CVD）的方法制备的。它具有优异的力 学性能。虽然价格很高，但性能稳定，偏 差小，是信赖性很高的一种纤维。
• 比较：
玻璃纤维——熔融纺丝 金属纤维——拔丝 碳纤维——制成丝后碳化
结构复合材料（MMC, PMC）
增强体主要作用是承载，其中连续纤维所承 受载荷的比例远高于基体
结构CMC
增强体主要作用是增韧
功能复合材料
增强体主要作用是吸波、隐身、耐磨、耐腐 蚀、抗热震等其中一种或多种，同时为材料 提供基本的结构性能
假设：①界面结合良好； ②变形协调（等应变）； ③弹性变形范围（虎克定律）； ④纤维排列规整（纤维的体积分数＝ 面积分数） 复合材料的载荷由基体和增强体分担：
SiC纤维
• 将非晶结构Si-Ti-C-O等的材料进行纺丝，再经热氧化不融 处理，烧成制作了纤维。该类纤维的直径可达10μm以下， 且柔韧性好，所以适合于三维编织物。纤维的高温性能较 好，用其强化的复合材料不仅在与纤维平行方向强度很高， 而且在纤维垂直的方向上也获得了较高的强度。该类纤维 对金属、陶瓷的适应性较好，可望得到大的发展。
•玻璃纤维的最大特征是拉伸强度高，一根连续纤维的 拉伸强度，E玻璃可达3400MPa，而S玻璃可达 4800MPa。 •玻璃长纤维的70%以上用于强化树脂，其余的多用于 电绝缘，工业机器等。
3.2.2 制造
坩埚法
将玻璃加热至熔融状 态，使其从漏嘴流出，再 进行高速拔丝的方法。而 且一般是使用多个漏嘴， 同时纺丝。用这种方法既 可制备连续纤维，也可以 制备短纤维。
应用：①交通工具零部件（自行车、汽车、飞机）； ②建筑和土木工程中各类承重构件、室内装饰卫生设施； ③电器/电子领域（工业家用电器、发电、输电设备）； ④日常生活用品（鱼竿、球杆、球拍、乐器、家具）。
开发方向： ① 高强度高模量 4400MPa/94GPa
② 耐高温玻纤 软化温度1250℃（石英纤维）
些：例如300μm。
硼纤维的结构和组织
• 形貌：钨芯直径10～12um，纤维直径 90～100um；结节（玉米粒）直径3～ 7um，高度1～3um，节间沟深度0.25～ 0.75um
• 结构：沉积温度T＞1200℃，β-菱形六面 体，晶粒直径约2nm，称”无定形硼“； T＜1200℃，α-菱形六面体，晶粒较大， 称”结晶硼“，性能较差，故沉积温度 硼纤维的“玉米棒”结构 一般控制在1200～1300℃。
Cf强度与直径的关系
② 纤维状材料具有较高的柔曲性
纤维单元受力矩M作用产生
弯曲，曲率半径ρ与材质和
圆柱横截面尺寸关系为
1
M
64 Eπ d4
作用于微圆柱上的力矩M
d↓柔曲性↑
③ 大的长径比（l/d）使纤维在复合材料中比其
他形状的增强体更容易发挥其固有的强度
玻璃纤维
3.1.2 增强体在复合材料中的作用
讨论：①如果Ef =20Em，φf =0.6，则 Pf /Pm =30
② Pf /Pm 随Ef /Em ↑、 φf ↑而增加 ③选择纤维
纤维与基体的杨氏模量与载荷分配
增强效果用复合材料承担的载荷与基体之比表示：
Pc 1 Pc 1 E f f
Pm
Pm
Em 1 f
增强效果取决于Ef /Em 和 φf
量。
SiC纤维
• 结构：热分解碳呈2～5nm的结晶状态。Si的氧化 物呈非晶状态，彼此均匀分布。
• 物理性能：电阻率随烧成温度而异。可在106～ 103Ωcm的范围变化。
• 用途：该类纤维用于强化环氧树脂基复合材料， 其压缩强度和冲击强度与碳纤维强化环氧树脂相 比，可提高2倍。且由于具有电波透过性，可用于 雷达无线电罩。该类纤维也用于强化Al基复合材 料。不仅力学性能优异，且容易形变加工。
所以 ，作为复合材料的增强体，纤维弹性模量必 须高于基体，而且纤维体积分数越大增强效果越好。
3.1.3 高性能复合材料对纤维增强体的要求
高比强度、比模量，与基体相容性好，成 本低，工艺性好（具有柔韧性，易绕曲），高 温抗氧化性好，不污染环境等
3．2 玻璃纤维
3.2.1 概述
• 玻璃纤维的物理、化学性能几乎由其化学组成所决定。现在 所使用的主要有无碱E玻璃、耐药品的C玻璃、含碱的A玻璃、 高拉伸强度的S玻璃以及特殊用途的玻璃等。由于玻璃纤维 的直径很小，单位质量所具有的表面积是普通玻璃的1000倍。 所以对于普通玻璃来说不会成为问题的耐风化性、耐药 品性，表面电阻等，对于玻璃纤维来说都必须充分注意。例 如玻璃纤维表面可能与空气中的水分反应，产生风化，使强 度等下降。连续纤维的直径为3，4，5，6，7，9，10，13， 16，24μm等。短纤维的直径多为5～20μm。
第三 章 复合材料的增强材料
• 增强体作用：增强或改善基体材料的性能 • 本章主要内容包括纤维增强体的特点和几种
增强材料（Gf、Cf、Bf、SiCf、晶须）的制备、 性能特点及应用
3．1 概述
增强材料分类 • 按几何形状分
颗粒状（零维） 纤维状（一维） 薄片状（二维） 纤维编织体（三维）
• 按材质分
3.3.2 制造
• 碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料，是以有机物为 原料，但不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能采用间接方 法制造，主要有以下两种方法：
• 一、有机纤维碳化法，是将有机纤维经稳定化处理、再经高 温焙烧碳化，去除其它非碳原子和部分碳，形成的以碳为主 要成分的纤维状物，此法主要用于制造连续长纤维。
法进行。
2. 牵伸：在100-300 ℃范围内进行，使结晶定向化（杂乱的
主链取向化分布），对纤维的最终模量影响极大。
3. 稳定化：又称预氧化，在200～400 ℃的氧化气氛中
脱氢环化成梯形结构，变得热稳定（不融化）。
4. 碳化：在1000～2000 ℃进行，在高纯的惰性气氛
（N2）中去除非碳原子，生成含碳量在90%以上的纤 维。
• 残余应力
硼纤维性能和应用
典型性能： 直径d=100um的钨芯硼纤维 ρ=2.6g/cm3, σb=3.1～4.1GPa， E=420GPa， α=4.68～5.0×10-6/K 应用： ①Bf/Al 韧性是铝合金的3倍，重量为2/3，制成的航天飞 机主舱框架强度高、刚性好，代替铝合金骨架节省重量44 ％，取得了十分显著的效果。另还应用于B-1轰炸机、F14战斗机水平尾翼等场合。 ②Bf/Ti 通常用于航空发动机叶片和工作温度在550～ 650℃的耐热零件。
（例如SCS-2是在纤维表面涂有1μm厚的碳层。 SCS-9是直径为80μm的较细的纤维。） 特现性出：了C优V异D的-S高iC温/C强纤度维。用于Si3N4基复合材料时表
SiC纤维
PC-SiC纤维(前驱体法) • 将以有机硅聚合物形式的硅，与碳为主的材料进行多羧硅
烷纺丝，经热氧化不熔处理后，烧成而制。 • 成分接近Si3C4O。以β-SiC为主。 • 纤维直径为～14μm • 在1200～1300℃烧成时可获得最高的抗拉强度与弹性模
碳纤维
镀 镍 碳 纤 维
碳短纤维
碳 纤 维 织 物
碳 纤 维 不 织 布
碳纤维
制备方法及相应的纤维小结
纤维素纤维：复杂应力，石墨化收得率低 沥青纤维：原料便宜，收得率高；杂质影响性能 PAN纤维：基础研究全面，工艺成熟
碳纤维的价格 （美元/kg）
年代 价格
1975 200
1980 80
碳纤维
各种碳纤维的力学性能
原料
抗拉强度 （MPa）
弹性模量 （GPa）
人造丝（低弹性模量丝）
686
39
人造丝（高弹性模量丝） 2744
490
沥青（低弹性模量丝）
784
39
沥青（高弹性模量丝）
2450
343～490
PAN（高强度丝）
3430
225
PAN（高弹性模量丝）
2450
392
延伸率 （%）
1.8 0.6 2.0 0.5～0.7 1.5 0.6
3. 5 SiC纤维
CVD-SiC纤维 将有机硅化合物与氢气在1000℃以上加热，在钨
丝（12μm）上沉积SiC。 以沥青系碳纤维为芯线（约30μm）的SiC/C纤维。 为了提高该类纤维与基体的结合性，在纤维的表
面再沉积一层碳。 商品牌号:SCS-2，SCS-6，SCS-8，SCS-9等。
• 二、气相法，在惰性气氛中小分子有机物在高温下沉积形成 纤维，此方法只能制造短纤维。
• 制作碳纤维的主要原材料有三种：①人造丝(粘胶纤维)； ②聚丙烯腈(PNN) 纤维；③沥青。原料不同碳纤维性能 特点各异，制备高强高模量碳纤维多选②，制造超高模量 多选③
• 一般工艺流程（五阶段）
1. 拉丝：可用湿法、干法或者熔融状态三种中的任意一种方
③ 空心玻纤
高模量（同质量）
3．3 碳纤维
3.3.1 概述
• 碳纤维（Carbon Fibre, Cf）1880爱迪生最早用棉、麻、竹 等天然植物纤维碳化发明的白炽灯灯丝，而真正作为有使用 价值并规模生产的碳纤维，则出现在二十世纪50年代末期用 人造丝热解制造碳纤维开始。
• 碳纤维是有机纤维经过固相反应转变而成的纤维状聚合物碳， 是一种非金属材料。它不属于有机纤维范畴，但从制造方法 上不同于普通无机纤维。
5. 石墨化：在2000～3000 ℃进行，碳化后的碳纤维石
墨化从而得到石墨纤维，使纤维模量提高，但裂纹或 缺陷增多，纤维强度下降。
3.3.3 结构与性能
• 真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构，而是属于乱 层石墨结构。
石墨晶体结构（a）与乱层结构（b）图
• 石墨片层方向理论强度和模量为180GPa和1000GPa，而实 际碳纤维的强度要低得多，σmax=7000MPa，模量相差较少 ， Emax=900GPa。（见下图）
Ec c Ac E f f Af Em m Am
纤维体积分数
f
Vf Vc
Af Ac
m 1 f
根据等应变的假设 c f m
则纤维承担的载荷与基体之比为：
Pf f Af E f f Af E f f E f f Pm m Am Em m Am Em m Em 1 f
• 物理性能： ρ=1.5～2.5g/cm3,
热膨胀系数轴向为负，径向为正，α=-0.72～-0.9×10-6/K
α′=32～22×10-6/K • 化学性能： 与碳相似，除被强氧化剂氧化外，一般对酸、
碱惰性，在空气中T＞400℃后开始明显氧化，但非氧化性 气氛中，碳纤维具有突出的耐热性，直到T＞1500℃强度才 开始下降
析出速度
随着温度的 升高而增大
最佳温度范围
过高： 晶化使晶界变弱， 与芯线反应 生成脆性层
过低： 硼之间的结合力 变弱
• 在硼纤维开发的初期，作为芯线大多是钨丝芯线（纤维为 100μm时，芯线为13μm，150μm时为约20μm），后来从 成本上考虑，多使用碳的芯线（约30μm）。一般市场上 所出售的硼纤维直径为150μm，实际应用中还可以再粗一
池窑法
3.2.3 性能和应用（E玻纤）
典型性能： ρ=2.55g/cm3, σb=1750MPa，E=70GPa， α=4.7×10-6/K 软化温度 550～580℃，高温性能：300℃×24h σ↓20% 400℃×24h ↓50%， 500℃×24h ↓70%， 600℃×24h ↓80%
无机（Gf、Cf、Bf、SiCf、Al2O3f等） 有机（芳纶纤维）
3.1.1 纤维状增强材料的特点
① 与同材质的块体材料相比，强度高得多
例如：E-玻璃40～100MPa，
Gf：1000MPa（d10微米） 2400MPa（d5微米）
原因：影响材料强度的主要
因素是材料中存在缺陷的形 状、位置、取向和数目。
卤化硼反应法
H2+BCl3
H2
卷线轴
H2+HCl
芯线
反应区
预热区
• 将硼砂制成三卤化硼（如BCl3），气化后与H2等 气体一起加热，并使其在钨丝或者碳丝上流过，
发生反应：2BCl3+3H2→2B+6HCl，则可在细丝 上析出硼，以适当的速度拉卷细丝，则可以得到
硼纤维，该过程称为化学气相沉积。
Βιβλιοθήκη BaiduCl3的流量 芯线的温度 芯线拉卷速度 反应槽的长度
1985 50
1990 21
1995 20
2000 17
3. 4 硼纤维
• 硼纤维是以钨丝为芯线，用化学气相沉积 （CVD）的方法制备的。它具有优异的力 学性能。虽然价格很高，但性能稳定，偏 差小，是信赖性很高的一种纤维。
• 比较：
玻璃纤维——熔融纺丝 金属纤维——拔丝 碳纤维——制成丝后碳化
结构复合材料（MMC, PMC）
增强体主要作用是承载，其中连续纤维所承 受载荷的比例远高于基体
结构CMC
增强体主要作用是增韧
功能复合材料
增强体主要作用是吸波、隐身、耐磨、耐腐 蚀、抗热震等其中一种或多种，同时为材料 提供基本的结构性能
假设：①界面结合良好； ②变形协调（等应变）； ③弹性变形范围（虎克定律）； ④纤维排列规整（纤维的体积分数＝ 面积分数） 复合材料的载荷由基体和增强体分担：
SiC纤维
• 将非晶结构Si-Ti-C-O等的材料进行纺丝，再经热氧化不融 处理，烧成制作了纤维。该类纤维的直径可达10μm以下， 且柔韧性好，所以适合于三维编织物。纤维的高温性能较 好，用其强化的复合材料不仅在与纤维平行方向强度很高， 而且在纤维垂直的方向上也获得了较高的强度。该类纤维 对金属、陶瓷的适应性较好，可望得到大的发展。
•玻璃纤维的最大特征是拉伸强度高，一根连续纤维的 拉伸强度，E玻璃可达3400MPa，而S玻璃可达 4800MPa。 •玻璃长纤维的70%以上用于强化树脂，其余的多用于 电绝缘，工业机器等。
3.2.2 制造
坩埚法
将玻璃加热至熔融状 态，使其从漏嘴流出，再 进行高速拔丝的方法。而 且一般是使用多个漏嘴， 同时纺丝。用这种方法既 可制备连续纤维，也可以 制备短纤维。
应用：①交通工具零部件（自行车、汽车、飞机）； ②建筑和土木工程中各类承重构件、室内装饰卫生设施； ③电器/电子领域（工业家用电器、发电、输电设备）； ④日常生活用品（鱼竿、球杆、球拍、乐器、家具）。
开发方向： ① 高强度高模量 4400MPa/94GPa
② 耐高温玻纤 软化温度1250℃（石英纤维）
些：例如300μm。
硼纤维的结构和组织
• 形貌：钨芯直径10～12um，纤维直径 90～100um；结节（玉米粒）直径3～ 7um，高度1～3um，节间沟深度0.25～ 0.75um
• 结构：沉积温度T＞1200℃，β-菱形六面 体，晶粒直径约2nm，称”无定形硼“； T＜1200℃，α-菱形六面体，晶粒较大， 称”结晶硼“，性能较差，故沉积温度 硼纤维的“玉米棒”结构 一般控制在1200～1300℃。
Cf强度与直径的关系
② 纤维状材料具有较高的柔曲性
纤维单元受力矩M作用产生
弯曲，曲率半径ρ与材质和
圆柱横截面尺寸关系为
1
M
64 Eπ d4
作用于微圆柱上的力矩M
d↓柔曲性↑
③ 大的长径比（l/d）使纤维在复合材料中比其
他形状的增强体更容易发挥其固有的强度
玻璃纤维
3.1.2 增强体在复合材料中的作用
讨论：①如果Ef =20Em，φf =0.6，则 Pf /Pm =30
② Pf /Pm 随Ef /Em ↑、 φf ↑而增加 ③选择纤维
纤维与基体的杨氏模量与载荷分配
增强效果用复合材料承担的载荷与基体之比表示：
Pc 1 Pc 1 E f f
Pm
Pm
Em 1 f
增强效果取决于Ef /Em 和 φf
量。
SiC纤维
• 结构：热分解碳呈2～5nm的结晶状态。Si的氧化 物呈非晶状态，彼此均匀分布。
• 物理性能：电阻率随烧成温度而异。可在106～ 103Ωcm的范围变化。
• 用途：该类纤维用于强化环氧树脂基复合材料， 其压缩强度和冲击强度与碳纤维强化环氧树脂相 比，可提高2倍。且由于具有电波透过性，可用于 雷达无线电罩。该类纤维也用于强化Al基复合材 料。不仅力学性能优异，且容易形变加工。
所以 ，作为复合材料的增强体，纤维弹性模量必 须高于基体，而且纤维体积分数越大增强效果越好。
3.1.3 高性能复合材料对纤维增强体的要求
高比强度、比模量，与基体相容性好，成 本低，工艺性好（具有柔韧性，易绕曲），高 温抗氧化性好，不污染环境等
3．2 玻璃纤维
3.2.1 概述
• 玻璃纤维的物理、化学性能几乎由其化学组成所决定。现在 所使用的主要有无碱E玻璃、耐药品的C玻璃、含碱的A玻璃、 高拉伸强度的S玻璃以及特殊用途的玻璃等。由于玻璃纤维 的直径很小，单位质量所具有的表面积是普通玻璃的1000倍。 所以对于普通玻璃来说不会成为问题的耐风化性、耐药 品性，表面电阻等，对于玻璃纤维来说都必须充分注意。例 如玻璃纤维表面可能与空气中的水分反应，产生风化，使强 度等下降。连续纤维的直径为3，4，5，6，7，9，10，13， 16，24μm等。短纤维的直径多为5～20μm。
第三 章 复合材料的增强材料
• 增强体作用：增强或改善基体材料的性能 • 本章主要内容包括纤维增强体的特点和几种
增强材料（Gf、Cf、Bf、SiCf、晶须）的制备、 性能特点及应用
3．1 概述
增强材料分类 • 按几何形状分
颗粒状（零维） 纤维状（一维） 薄片状（二维） 纤维编织体（三维）
• 按材质分
3.3.2 制造
• 碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料，是以有机物为 原料，但不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能采用间接方 法制造，主要有以下两种方法：
• 一、有机纤维碳化法，是将有机纤维经稳定化处理、再经高 温焙烧碳化，去除其它非碳原子和部分碳，形成的以碳为主 要成分的纤维状物，此法主要用于制造连续长纤维。
法进行。
2. 牵伸：在100-300 ℃范围内进行，使结晶定向化（杂乱的
主链取向化分布），对纤维的最终模量影响极大。
3. 稳定化：又称预氧化，在200～400 ℃的氧化气氛中
脱氢环化成梯形结构，变得热稳定（不融化）。
4. 碳化：在1000～2000 ℃进行，在高纯的惰性气氛
（N2）中去除非碳原子，生成含碳量在90%以上的纤 维。
• 残余应力
硼纤维性能和应用
典型性能： 直径d=100um的钨芯硼纤维 ρ=2.6g/cm3, σb=3.1～4.1GPa， E=420GPa， α=4.68～5.0×10-6/K 应用： ①Bf/Al 韧性是铝合金的3倍，重量为2/3，制成的航天飞 机主舱框架强度高、刚性好，代替铝合金骨架节省重量44 ％，取得了十分显著的效果。另还应用于B-1轰炸机、F14战斗机水平尾翼等场合。 ②Bf/Ti 通常用于航空发动机叶片和工作温度在550～ 650℃的耐热零件。
（例如SCS-2是在纤维表面涂有1μm厚的碳层。 SCS-9是直径为80μm的较细的纤维。） 特现性出：了C优V异D的-S高iC温/C强纤度维。用于Si3N4基复合材料时表
SiC纤维
PC-SiC纤维(前驱体法) • 将以有机硅聚合物形式的硅，与碳为主的材料进行多羧硅
烷纺丝，经热氧化不熔处理后，烧成而制。 • 成分接近Si3C4O。以β-SiC为主。 • 纤维直径为～14μm • 在1200～1300℃烧成时可获得最高的抗拉强度与弹性模
碳纤维
镀 镍 碳 纤 维
碳短纤维
碳 纤 维 织 物
碳 纤 维 不 织 布
碳纤维
制备方法及相应的纤维小结
纤维素纤维：复杂应力，石墨化收得率低 沥青纤维：原料便宜，收得率高；杂质影响性能 PAN纤维：基础研究全面，工艺成熟
碳纤维的价格 （美元/kg）
年代 价格
1975 200
1980 80
碳纤维
各种碳纤维的力学性能
原料
抗拉强度 （MPa）
弹性模量 （GPa）
人造丝（低弹性模量丝）
686
39
人造丝（高弹性模量丝） 2744
490
沥青（低弹性模量丝）
784
39
沥青（高弹性模量丝）
2450
343～490
PAN（高强度丝）
3430
225
PAN（高弹性模量丝）
2450
392
延伸率 （%）
1.8 0.6 2.0 0.5～0.7 1.5 0.6
3. 5 SiC纤维
CVD-SiC纤维 将有机硅化合物与氢气在1000℃以上加热，在钨
丝（12μm）上沉积SiC。 以沥青系碳纤维为芯线（约30μm）的SiC/C纤维。 为了提高该类纤维与基体的结合性，在纤维的表
面再沉积一层碳。 商品牌号:SCS-2，SCS-6，SCS-8，SCS-9等。
• 二、气相法，在惰性气氛中小分子有机物在高温下沉积形成 纤维，此方法只能制造短纤维。
• 制作碳纤维的主要原材料有三种：①人造丝(粘胶纤维)； ②聚丙烯腈(PNN) 纤维；③沥青。原料不同碳纤维性能 特点各异，制备高强高模量碳纤维多选②，制造超高模量 多选③
• 一般工艺流程（五阶段）
1. 拉丝：可用湿法、干法或者熔融状态三种中的任意一种方
③ 空心玻纤
高模量（同质量）
3．3 碳纤维
3.3.1 概述
• 碳纤维（Carbon Fibre, Cf）1880爱迪生最早用棉、麻、竹 等天然植物纤维碳化发明的白炽灯灯丝，而真正作为有使用 价值并规模生产的碳纤维，则出现在二十世纪50年代末期用 人造丝热解制造碳纤维开始。
• 碳纤维是有机纤维经过固相反应转变而成的纤维状聚合物碳， 是一种非金属材料。它不属于有机纤维范畴，但从制造方法 上不同于普通无机纤维。
5. 石墨化：在2000～3000 ℃进行，碳化后的碳纤维石
墨化从而得到石墨纤维，使纤维模量提高，但裂纹或 缺陷增多，纤维强度下降。
3.3.3 结构与性能
• 真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构，而是属于乱 层石墨结构。
石墨晶体结构（a）与乱层结构（b）图
• 石墨片层方向理论强度和模量为180GPa和1000GPa，而实 际碳纤维的强度要低得多，σmax=7000MPa，模量相差较少 ， Emax=900GPa。（见下图）