碳纤维增强复合材料讲述.pptx

班级：13级高分子材料与工程 姓名： 学号： 碳纤维增强材料 内容 一.碳纤维及其复合材料概况 二.碳纤维的特性、结构及分类 三.碳纤维的应用与发展 碳纤维及其复合材料 1.碳纤维及复合材料简述： 碳纤维（carbon fiber,CF)是由有机纤维在保护气氛（N2或Ar）下热处理碳化成为含碳量90%~99%的高性能无机纤维材料。1860年，英国人瑟夫?斯旺（J.Swan）将细长的棉线纸化制取碳丝，以此制作电灯的灯丝，这是人类第一次记载使用碳纤维。碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。此外,还具有纤维的柔曲性和可编性。 一.碳纤维及其复合材料概况 碳纤维及其复合材料概况 碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用。因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速，目前日本是碳纤维的最大制造国（特别在PAN原丝的d制造技术和产量方面），美国是碳纤维的最大应用国。这次将就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍。 2.碳纤维的发展简史： 碳纤维及其复合材料概况 年 份 主 要 事 项 1860 1878 1879 1882 1911 1950 1959 1962 1963 1964 1965 1970 1971 英国瑟夫?斯旺（J.Swan）制作碳丝灯泡 英国瑟夫?斯旺（J.Swan）以棉纱试制碳丝 爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45h） 碳丝电灯实用化 钨丝电灯实用化（1910年发明） 美国Wright-Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维 美国UCC公司生产低模量黏胶基碳纤维“Thornel-25” 日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了PAN基碳纤维 日本碳公司开始生产低模量PAN基碳纤维（0.5t/month） 英国皇家航空研究所（RAE）的瓦特和约翰逊成功地打通了制造高性能PAN基碳纤维（在热处理时施加张力）的技术途径 英国Courtaulds, Morganite和Roll-Roys公司利用RAE技术生产PAN基碳纤维 日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维 美国UCC公司开始生产高模量沥青基碳纤维（石墨化过程中牵伸） 日本吴羽化学公司生产沥青基碳纤维（10t/month） 日本东丽公司与美国UCC公司进行技术合作 日本东丽公司工业规模化生产PAN基碳纤维（1t/month），碳纤维牌号为T300，石墨纤维为M40 碳纤维及其复合材料概况 续表： 年 份 主 要 事 项 1972 1973 1974 1975 1976 1979 1980 1981 1984 1986 1989 1992 ··· 美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维 日本用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒 日本东邦人造丝公司开始生产PAN基碳纤维（0.5t/month） 日本东丽公司扩产5t/month 碳纤维钓竿、高尔夫球棒迅速发展 日本东丽公司扩产13t/month 碳纤维网球拍商品化 美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel-P” 美国UCC公司的高性能沥青基碳纤维商品化 日本东邦人造丝公司与美国赛兰尼斯进行技术合作 日本住友化学与美国赫格里斯（Hercules）成立联合公司 日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司 美国波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维 日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作 日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800 日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000 日本东丽公司研制成功高强中强碳纤维M60 日本东丽公司研制成功高强中强碳纤维M70J、杨氏模量高达690GPa ··· 二.碳纤维的特性、结构及分类 1.碳纤维主要具备的特性: 碳纤维的性质主要包括力学性质（强度、模量、伸长），热学性质（热容、热导率、热膨胀），化学性质（氧化性、腐蚀性），电、磁学等性质。就综合性质而言，碳纤维是一种优异增强材料，下面主要是其所具备的一些特性 ①密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5～ 2g/cm 3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2； ②强度、弹性模量高,其强度比钢大4～ 5倍,弹性回复为100%; ③热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂; 碳纤维的特性 ④摩擦系数小,并具有润滑性; ⑤导电性好,25℃时高模量碳纤维的比电阻为775μΨ/cm,高强度碳纤维则为1500μΨ/cm; ⑥耐高温和低温性好,在3000℃非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化; ⑦耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐