碳纖維論文

碳纖維

內(nèi)容提要：從各個方面介紹碳纖維，了解碳纖維的起源，概念，種類，生產(chǎn)，用途，現(xiàn)狀，

需求與前景

關鍵詞：碳纖維

一 碳纖維的起源碳化

碳纖維起源1860年，英國人瑟夫. 斯旺將細長的繩狀紙片碳化制取碳絲，以此制造電燈的燈絲。大約在1879年，他把綿紗浸入硫酸，焦干處理，然后或?qū)⑾趸�纖維素從膜孔中擠出成絲，然后再碳化，并獲得專利。

二:碳纖維概念

碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，是一種非金屬材料， 它不屬于有機纖維范疇，但從成型方它又不同于一般的無機纖維。碳纖維性能優(yōu)良，拉伸斷裂強度和初始模量可達到2~4Gpa和400~700Gpa，質(zhì)強而且很輕，并有耐高溫，耐腐蝕，耐輻射的功能，纖維中含碳量在95%左右的碳纖維和含碳量在99%左右的石墨纖維。

三 碳纖維的種類

1. 根據(jù)制備碳纖維的原料：以粘膠纖維為原料的粘膠基碳纖維 以聚丙烯腈纖維為原料的聚丙烯腈基碳纖維 以瀝青為原料的瀝青基碳纖維

以酚醛樹脂為原料的酚醛樹脂基碳纖維等

2. 根據(jù)碳纖維的力學表現(xiàn)：通用碳纖維

高性能碳纖維

3. 根據(jù)碳纖維的功能： 受力結構碳纖維

活性碳纖維

導電碳纖維

耐燃燒纖維

耐磨碳纖維

四 碳纖維的生產(chǎn)

粘膠基碳纖維的生產(chǎn)：生產(chǎn)時，首先將纖維置于氮等惰性氣體中作低溫（400度以下）穩(wěn)定化處理，進行預氧化，然后在400度以上實現(xiàn)芳構化過程，獲得石墨類結構，從而形成碳纖維和石墨纖維。這樣一個熱解碳化處理過程在五個溫度階段中實現(xiàn)。

第一階段：升溫至50~150度，排出吸附水。

第二階段：升溫至150~240度，纖維素環(huán)上的羥基將以水的形式脫除。

第三階段：升溫至240~400度，鍵斷裂，生成水，CO,CO2，達到400度時，整個纖

維素破壞，生成C4殘鏈。

第四階段：升溫至400~700度，通過芳構生成碳的六元環(huán)，同時釋放氫和甲烷等，再

升溫至900~1600度，即生成石墨類結構，形成碳纖維。

第五階段：溫度再升高，即形成沿纖維軸取向的亂層石墨成片，在溫度升高至2200~2800度的石墨化溫度時，形成石墨纖維，利用塑性拉伸，可使纖維的拉伸強度和初始模量大幅度提高。

五 碳纖維的用途

1. 宇航工業(yè)：用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管.鼻鉗.大面積防熱層，衛(wèi)星構架.

天線.太陽能翼片底板.衛(wèi)星-火箭結合部件，航天飛機機頭，機翼前緣和艙門等制件，哈勃太空望遠鏡的測量構架，太陽能電池板和無線電天線。

2. 航空工業(yè)：用作主承力結構材料，如主翼.尾翼和機體，次承力構件，如方向舵.

起落架.副翼.擾流板發(fā)動機艙整流罩及座板等。

3. 交通運輸：用作汽車傳動軸.板簧.構架和剎車片等制件，船舶和海洋工程用作制

造漁船.魚雷快艇和巡邏艇，以及賽艇的詭桿.航桿.殼體及劃水槳，海底電纜.潛水艇.雷達罩.深海油田的升降器和管道。

4. 運動器材：用作網(wǎng)球.羽毛球.和壁球拍及桿.棒球.曲棍球和高爾夫球桿.自行車.賽

艇.釣竿.滑雪板.雪車等。

5. 土木建筑：幕墻.間隔壁板.橋梁.架設跨度大的管線.海水和水輪結構的增強筋.地板.

窗框.管道.海洋浮桿.面狀發(fā)熱嵌板.抗震救災用補強材料。

六 國產(chǎn)碳纖維現(xiàn)狀

我國碳纖維雖然經(jīng)過一段時期的發(fā)展，但是與國外的技術水平還存在一定的差距和一些在競爭中不容忽視的問題，主要有以下幾個方面。

1. 原絲質(zhì)量與國外比還存在差距。由于國產(chǎn)碳原絲在生產(chǎn)過程中大部分采用民用腈綸

原液，雜質(zhì)含量高，造成碳纖維性能不穩(wěn)定，離散系數(shù)較大。

2. 大部分國產(chǎn)碳纖維未經(jīng)過表面處理，制成復合材料層間強度偏低。沒有經(jīng)過表面處

理的國產(chǎn)碳纖維不能用作高性能要求的先進復合材料增強體，也不能在航空.航天等國防部門中用來制作碳纖維論文主承力構件。

3. 尚未形成經(jīng)濟規(guī)模，價格太貴，成本組成不合理。國產(chǎn)碳纖維目前售價太高，遠比

國外進口的價格高。我國碳纖維之所以價格昂貴，有很多不合理因素，如成本結構存在問題，據(jù)我國某碳纖維廠對碳纖維成本的粗略統(tǒng)計，原絲費用約占碳纖維成本的25%，而車間費用約占碳纖維成本的44%。

4. 品種單一.規(guī)格單一，碳纖維來源大部分依賴于進口。根據(jù)不同行業(yè).不同產(chǎn)品.不同零

部件的不同需求，希望能采用不同類別.不同品種.不同規(guī)格的碳纖維，還希望有供能使用的碳纖維，而我國目前碳纖維只有相當于T-300的一個品種。

七 碳纖維的需求

2005-2008年間，全球用于碳纖維產(chǎn)能的投資已突破8億美元。生產(chǎn)能力從3.3萬t

上升到5.7萬t，預計2015年有望達到7011萬t。從1997-2007年，全球碳纖維產(chǎn)業(yè)以每年8%的速率增長。目前，碳纖維國際市場的價格已在2004年的基礎上上升了65%左右。

結語：碳纖維是二十一世紀的新興功能性纖維，其獨特的纖維特性和先進的生產(chǎn)方法決定了碳纖維產(chǎn)品在航空航天.土木建筑.體育醫(yī)療.電子通信等領域有著廣闊的應用前景。我們應不斷開發(fā)新產(chǎn)品，提高我國碳纖維產(chǎn)品在國際上的競爭力。相信在不久的將來，碳纖維將會走進尋常百姓家，也將在各個領域發(fā)揮更大的作用。

【碳纖維論文】相關文章：

如何運用碳纖維對橋梁加固補強04-30

超越碳纖維的金屬基復合材料04-29

碳纖維天線反射面的剛度仿真04-26

碳纖維薄板增強RC梁的溫度應力分析04-29

淺談活性碳纖維吸附凈化氯苯的工藝04-26

單電流脈沖作用下的碳纖維石墨化04-27

碳纖維布預應力施加方法的試驗研究05-02

碳纖維復合材料在航空領域的新應用新設計/碳纖維復合材料在風力機葉片中的應用05-02

混凝土框架節(jié)點碳纖維布抗震加固的試驗與分析04-28

單向碳纖維布補強加固在橋梁中的應用04-30