第一部分认识碳纤维.pptx

第一部分认识碳纤维1

化工新材料生产技术石化工程学院2聚物生产技术湖南石油化工职业技术学院

一、碳纤维的定义碳纤维是由90%以上的碳元素组成的一种高性能增强纤维。碳纤维结构近乎石墨结构，比金刚石结构规整性稍差。是由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500oC)碳化而成的纤维状碳化合物。

4气相法：在惰性气氛中将小分子有机物(如烃或芳烃等）在高温下沉积成纤维。此法用于制造晶须或短纤维，不能用于制造长纤维。有机纤维碳化法：将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤维。

碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维为原料，采用间接方法来制造。碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，但在3800K以上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。

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二、碳纤维的结构石墨：六方晶系碳纤维：乱层石墨结构最基本的结构单元：石墨片层二级结构单元：石墨微晶(由数张或数十张石墨片层组成)三级结构单元：石墨微晶组成的原纤维。直径在50nm左右，弯曲，彼此交叉的许多条带状组成的结构。

皮芯层结构CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。皮层：微晶较大，排列有序，占直径的14％。芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀，芯子占39％。

9二、碳纤维的分类按原丝类型分类聚丙烯腈基粘胶基沥青基木质素纤维基其他有机纤维基再生纤维素纤维，应用：冰丝，是一种人造纤维，莱赛尔面料

按碳纤维

性能分类高强度CF（HS）高模量CF（HM）超高强CF（UHS）超高模CF（UHM）高强－高模CF中强－中模CF等通用级CF：拉伸强度1.4GPa，拉伸模量140GPa高性能CF

按碳纤维的

功能分类受力结构用CF耐焰用CF导电用CF润滑用CF耐磨用CF活性CF

按制造条件和方法分类碳纤维：碳化温度1200～1500℃，碳含量95％以上。石墨纤维：石墨化温度2000℃以上，碳含量99％以上。活性碳纤维：气体活化法，CF在600～1200℃，用水蒸汽、CO2、空气等活化。气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有机物在高温下沉积成纤维－晶须或短纤维。ACF含大量微孔，是一种良好的吸附材料

13三、碳纤维的性能1.力学性能具有很高的抗拉强度，它的强度约为钢的四倍，密度为钢的四分之一。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。

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

（1）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1500℃下强度才开始下降。（2）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。

（3）热导率：热导率具有方向性平行于纤维方向：16.74W/(m·K)垂直于纤维方向：0.837W/(m·K)温度升高，热导率下降。（4）密度：?在1.5~2.0g/cm3之间密度与原丝结构、碳化温度有关。16电器散热材料：电脑，平板，电视，手机等。

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。

4、其他性能另外，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。

19四、碳纤维的用途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。

碳纤维制飞机

CF雷达天线罩

碳纤维制卫星天线

CF制轻质机驾驶舱及机舱

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。

碳纤维全外壳轿车迈凯伦赛车全碳座舱高端车系列：法拉利，宝马，比亚迪仰望系列

碳纤维轮毂

碳纤维汽