碳纤维的应用文献综述报告.doc

文献综述报告 碳纤维主要成分为碳元素，是一种特种纤维，其分子结构界于石墨与金刚石，含碳体积分数一般在0.9以上。碳纤维的优点是质量轻、抗拉强度高，具有耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优点。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合后，形成碳纤维复合材料，也具有高 的比强度、比模量、耐疲劳、导热、导电等，这些优良的综合性能，使得碳纤维材料在现代工业方面应用非常广泛。 碳纤维材料的特性 碳纤维与钻石和石墨一样，主要由碳元素组成。具有以下特性：1 轻质高强，其密度为铁的 1/4，比强度为铁的 10 倍以上，抗拉强 度是钢材的 68 倍，弹性模量是钢材的 1.8～2.6 左右，其抗拉模量为 295～ 640GPa，拉伸强度为 3.62～7.05GPa。 2 化学性能稳定，耐高低温，耐腐蚀，在 600℃左右的高温下，仍能 保持性能，在-180℃左右的低温下，仍具有较好的柔韧性，不与酸、碱等 腐蚀溶液发生化学反应。 3 可加工性好，碳纤维根据其受力需要，增加碳纤维层数，可加工成不同形状，且不需要复杂的大型设备，多次加工对其结构无损伤。 4 此外，碳纤维还具有其他的优良特性：如X射线穿透性、抗热、导电性及耐磨蚀性能等。 碳纤维的主要性能 （1）抗拉强度高，可达到 3500MPa 以上。（2）弹性模量高，可达到 230GPa 以上。（3）密度小，比强度高，碳纤维的密度是钢的 1/4，其比强度 是钢材的 16 倍以上。（4）耐高温性能好，在惰性气氛下，碳纤维材料可在 2000℃左右正常使用，在 3000℃左右不软化融熔。（5）耐低温性好，在180℃左右的低温下，碳纤维仍具有较好的柔韧性。（6）化学稳定性好，能 耐浓酸、浓碱、浓盐等腐蚀溶液等的侵蚀。（7）热膨胀系数小，导热性能 好，抗热震性能好，经过急冷急热，也不会产生热震裂纹。（8）碳纤维能使 中子减速，具有良好的防辐射性能。（9）碳纤维电阻率为 5～17μΩm，导电性能好。（10）可加工性能好，但耐冲击差，后加工相对困难。 碳纤维材料的应用 1 航空航天领域 碳纤维复合材料性能优越，具有高的比强度、高的抗疲劳断裂性和 良好的加工成型性等的特点，同时，其电磁性能和吸波隐身的特点，使 得其越来越多的被应用在的航空航天领域，以及军事领域，如用于飞 机、导弹和火箭等。 碳纤维材料在航空领域，主要用于生产机尾、地板梁等，其更多的 作为一种基础结构材料。此外，副翼、螺旋浆、引擎等重要部件，也要在很 大程度上使用碳纤维材料。 2 体育运动领域 高尔夫球棒、钓鱼杆和网球拍，是在体育运动领域内，碳纤维材料用途最多的三大方面。据估计，目前高尔夫球棒的年产量在3400 万副 以上，碳纤维钓鱼竿的年产量在 2000 万副以上，网球拍的产量整逐年 增加。同时。其它的体育项目，包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行车，以及 大量的海洋运动项目中，大量的应用到碳纤维材料。 3 一般制造业领域 除了航空航天领域和体育运动领域外，在工业制造领域，尤其是汽 车制造行业，碳纤维材料大受欢迎。目前，国外知名的福特公司、奔驰等 品牌汽车制造商，其发动机机罩、车内装饰、轿车底盘的内装饰材料、顶 篷等大量的采用碳纤维材料，打破了传统材料的限制，为汽车行业提供 了更多的新鲜血液。 同时，在机器部件、家用电器、电脑、半导体等各个环保领域，碳纤维材料也大展拳脚。随着环保要求的提高，其高强度、电磁波防护性能、防辐射性能，越来越受到人们的重视。 4 土木建筑领域 我国自 20 世纪 90 年代，开始研究开发此项技术，具有很重要的现 实和历史意义。我国名胜古迹众多，其修缮和保护工作尤为重要，但现 有的建筑材料阻碍了珍贵古建筑的修复和保护，因此碳纤维材料在土 木建筑行业的使用，必将为古建筑群的保护和修复提供新的思路。同时，随着碳纤维技术的不断发展，碳纤维产品的生产成本不断降低，施 工技术的不断完善，利用碳纤维材料进行建筑补强将具有广阔的市场前景。 5 能源开发领域 在中国的某些地区，风力资源丰富，同时其作为一种洁净的能源， 越来越受到人类的重视。同时，随着人类环保意识的提高，大型风力发 电行业正蓬勃发展。 在风力发电机组中，能够有效捕获风能的关键部件是叶片。在发电机功率一定的前提条件下，叶片的材料越轻、强度越高、叶片越大，其捕获的风能就越强。因此，质地轻、强度高、耐用性能好的碳纤维复合材料， 就成为大型风力发电机叶片材料的首选。同时，碳纤维材料良好的导电性，起到避雷针的作用，能有效减少和避免雷击，对叶片造成损伤。 6 其他领域 同时，在其他领域中，碳纤维也在悄悄的进入人们的视野。在钟表、 手机等行业，碳纤维材料被用来制作更加轻质的、更加高强度的手表表壳、表盘、手机后盖等部件，使得产品在性能和科技含量上大大提高。 碳纤维材料属于高新科技、高