知识点四碳纤维资料.ppt

目前生产的高强、高模CF主要是用PAN纤维为原料来制造的。 CF制造过程中最主要环节： 原丝制备； 原丝预氧化； 预氧化丝碳化或进一步石墨化 以PAN（聚丙烯腈）为原料制造碳纤维 高分子材料专业 聚合物复合材料 基本工艺流程 高分子材料专业 聚合物复合材料 优点：沥青资源丰富，成本可降低。在民用方面有很大潜力。 沥青： 除天然沥青外，一般将有机化合物在隔绝空气或在情性气体中热处理，在释放出氢、烃类和碳的氧化物的同时，残留的多环芳烃的黑色稠状物质称为沥青。其含碳量大于70％，平均分子量在200以上，化学组成及结构千变万化，它们是结构变化范围极宽的有机化合物的混合物。 以沥青为原料制造碳纤维 1965年日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维，并获得成功。从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，它成为目前碳纤维生产仅次于PAN的第二大原料。 高分子材料专业 聚合物复合材料 1、力学性能 研究表明，影响碳纤维弹性模量的直接因素是晶粒的取向度，而热处理条件的张力是影响这种取向的主要因素。取向度越高，纤维的弹性模量越大。 碳纤维的力学性能除取决于纤维的结构外，与纤维的直径等有关。一般作为结构材料用的碳纤维直径为6μm～11μm。 4.3.2 碳纤维的性能 知识点四 碳纤维 高分子材料专业 聚合物复合材料 几种纤维的应力－应变曲线比较图 碳纤维的应力－应变曲线是一条直线，纤维在断裂前是弹性体，断裂是瞬间开始和完成的。 高分子材料专业 聚合物复合材料 2、物理性能 碳纤维的物理性能 耐 热 性 热 膨 胀 系 数 比 热 热 导 率 导 电 性 密 度 润 滑 性 其 他 高分子材料专业 聚合物复合材料 耐热性： 在不接触空气或氧化性气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，在高于1500oC下强度才开始下降。 热膨胀系数： CF的热膨胀系数具有各向异性的特点。 平行于纤维方向为负值 垂直于纤维方向为正值 知识点四 碳纤维 高分子材料专业 聚合物复合材料 热导率： 热导率具有方向性 平行于纤维方向： 16.74 W/(m·K) 垂直于纤维方向： 0.837 W/(m·K) 温度升高，热导率下降。 密度： ?在1.5~2.0g/cm3之间 密度与原丝结构、碳化温度有关。 知识点四 碳纤维 高分子材料专业 聚合物复合材料 3、化学性能 碳纤维的化学性能与碳很相似。它除能被强氧化剂氧化外，对一般酸碱是惰性的。 在空气中，当温度高于400 ℃时，则会出现明显的氧化，生成CO和CO2。 在不接触空气或氧化气氛时，碳纤维具有突出的耐热性。 当碳纤维在高于1500 ℃时，强度才开始下降；而其它类型材料包括A12O3晶须在内，在此温度下，其性能已大大下降。 高分子材料专业 聚合物复合材料 3、化学性能 另外，碳纤维还有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。 它还有耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等特性。 知识点四 碳纤维 高分子材料专业 聚合物复合材料 4.4 碳纤维的应用及发展前景 4.4.1 碳纤维及其复合材料的应用 1、航空航天领域的应用 由于碳纤维增强复合材料的比强度高，因此是维持机翼的扰流片和方向舵气动外形的理想材料，再结合高强度，这类复合材料可用于飞机机翼、尾翼以及直升机桨叶。 CF雷达天线罩 碳纤维制卫星天线 知识点四 碳纤维 CF制轻质机驾驶舱及机舱 高分子材料专业 聚合物复合材料 2、汽车及交通运输中的应用 采用碳纤维复合材料制造汽车构件不仅可使汽车轻量化，还可以使其具有多功能性。例如，用碳纤维增强树脂基复合材料制造的发动机挺杆，利用其阻尼减振性能，可降低振动和噪声，行驶有舒适感。 碳纤维全外壳轿车 碳纤维汽车弹簧片 知识点四 碳纤维 3、土木建筑上的应用 比如，短切碳纤维增强水泥基复合材料可以制造各种幕墙板，实现建材的轻量化，特别是沿海建筑显示出优异的耐蚀性。利用碳纤维的导电性能可用来制造采暖地板。 知识点四 碳纤维 4、医疗器械和医用器材上的应用 碳纤维与生物具有良好的组织相容性继而血液相容性，可作为生体植入材料。同时发现，碳纤维具有诱发组织再生功能，促进新生组织的再生并在植入碳纤维周围形成。在医用器材方面，可应用于外伤包扎带、医疗加热毯、灭菌除臭褥等。 5、体育娱乐器材上的应用 世界碳纤维总量的三分之一是用来制造体育娱乐器材。高档的羽毛球拍、网球拍、钓鱼竿、高尔夫球棒和赛车等几乎都是用碳纤维复合材料制备的。 知识点四 碳纤维 高分子材料专业 聚合物复合材料 碳纤维制高级网球