碳纤维材料ppt课件

通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞 组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响 较大。
碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高 于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和 民用方面都是重要材料。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。
全球前 5 大碳纤维生产企业产能占比 61%
全球小丝束碳纤维行业集中度
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主要碳纤维企业产品领域
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日本的碳纤维技术
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碳纤维的制备工艺
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碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经 碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳 纤维。由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较 其他方法简单，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。 碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨 化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、 氧化及脱氧等
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碳纤维材料
碳纤维的分类
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碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基 碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维
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根据丝束大小可分为： 大丝束 • 工业级 • 每束碳纤维的根数等于或大于 46000-48000根。 • 一般指48~480K • 价格便宜。
小丝束 • 宇航级 • 每束碳纤维的根数小于或等于 24000根。 • 一般指1~24K • 价格较高。
第二、预氧化（聚丙烯腈纤维200到300℃）、不融化（沥青200到400℃）或热处理 （粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。
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第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶 纤维400到2000℃。 第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维 3000到3200℃。 第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲 和性。 第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不 同的断面结构。
三、导热性好
通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导 热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、 传热均匀的导热壳体材料。
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四、耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是 最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有 机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。 我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不 断降低，其应用范围会越来越广。
七、突出的阻尼与优良的透声纳
利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声 纳导流罩等。
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八、高X射线透射率
此特点已经在医疗器材中得到应用。
九、疲劳强度高
碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数 百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为 40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计 制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。
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碳纤维材料
化学性质
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碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知
道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。
化
碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化
学
剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温
性 质
度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与 CO2。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
061210210 孙豪
碳纤维材料
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碳纤维材料
组成结构
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组成结构
碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在 95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。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。碳纤维各层面间的间距 约为3.39到3.42A，各平行层面间的各个碳原子，排列不 如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。
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按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度 为1000兆帕、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分 为高强型（强度2000兆帕、模量250G帕）和高模型（模 量300G帕以上）。强度大于4000兆帕的又称为超高强型； 模量大于450G帕的称为超高模型。
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碳纤维原丝企业
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就全球碳纤维产能来看，前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上，其中 Toray 产能占比 18%
一、轻质、高强度、高模量
碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在 2.2Gpa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大 多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。 由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车 工业、运动器材等。
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二、热膨胀系数小
绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，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。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
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六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
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第一、原丝制备，聚丙烯腈 和粘胶原丝主要采用湿法纺 丝制得，沥青和酚醛原丝则 采用熔体纺丝制得。制备高 性能聚丙烯腈基碳纤维需采 用高纯度、高强度和质量均 匀的聚丙烯腈原丝，制备原 丝用的共聚单体为衣康酸等。 制备各向异性的高性能沥青 基碳纤维需先将沥青预处理 成中间相、预中间相（苯可 溶各向异性沥青）和潜在中 间相（喹啉可溶各向异性沥 青）等。作为烧蚀材料用的 粘胶基碳纤维，其原丝要求 不含碱金属离子。
萃，完全不存在生锈的问题。可以认为在普通
的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳
纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳
素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳
素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳
化物和层间化合物生成。
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Байду номын сангаас
碳纤维材料
碳纤维的物理特性
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碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、 高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点。