南京工业大学复合材料原理碳纤维有机纤维.pptVIP

南京工业大学复合材料原理碳纤维有机纤维第周;（优选）南京工业大学复合材料原理碳纤维有机纤维第周;如何实现结构复合材料的轻质高强？;第四章新型增强体材料;纤维增强复合材料

主要有碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、Kevlar有机物纤维等。;（1）碳纤维概述;Willans，碳键键能和密度，石墨E0-180GPa，石墨层片方向杨氏模量值的18％。

第四章新型增强体材料

中间相沥青：热塑性，氧化胶联，热固性。

●具有耐海水、耐化学试剂、耐磨损、耐紫外线、耐腐蚀、吸湿低、抗弯曲、耐冲击、自润滑、耐低温、电绝缘等特性。

中间相沥青：热塑性，氧化胶联，热固性。

聚对苯甲酰胺（PBA）纤维

(1)PBA树脂的合成

▲以对氨基甲苯甲酰氯盐酸盐或亚硫酸胺苯甲酰氯在有机极性溶剂中经低温缩聚可以得到PBA树脂。

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)，美国杜邦；

还用于直升机的机身外蒙皮、旋翼、尾桨叶片和雷达天线等。

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)，美国杜邦；

牵伸力量过大，纤维过细过长，甚至断裂。

●结晶度高，对水、酸、碱介质均极稳定熔点为150℃左右，在高温下(80℃，500MPa)使用会发生蠕变。

工业上多采用3X106左右分子量。;主要步骤：

1、稳定化处理(不熔化处理或预氧化处理)。防止先驱丝在后来的高温处理中熔融或粘连。

2、碳化热处理。除先驱丝中非碳元素。

3、石墨化热处理。高温加热，使碳变成石墨结构，以改善在第2步骤中所获得的碳纤维的性能。;（a）聚丙烯腈先驱丝碳(石墨)纤维的制造;（1）聚丙烯腈先驱丝碳(PAN)纤维的制造;②碳化处理

高纯氮气中，慢速加温(1000～1500℃)，使纤维进行热分解，逐渐形成近似石墨的循环层面结构，使大部分非碳原子(如N、O、H)以分解物形式被排除，所获得的碳纤维中含碳量达到90％以上。;③石墨化处理

氩气，3000℃，碳石墨结晶。继续施加牵伸力，石墨晶体的六角层平面平行于纤维轴取向。

T↑石墨化程度↑，纤维模量↑，裂纹及缺陷↑，强度↓。

通过不同的热处理工艺，可以获得:

★高强型(包括HS型、HT型、C1型)

★高模型(包括HM型、C3型)

★强度与模量水平匹配的A型碳(石墨)纤维。;;纤维素：天然高分子，纤维形式存在，棉纤维。熔融前会分解。碳纤维小，结晶取向度极低，不连续，成本高。

人造黏胶丝：木材、棉籽或甘蔗渣等为原料，提纯，一步法或连续法制黏胶，湿法纺丝，连续纤维束，热固性聚合物。;结构、力学以及组成特点：

横截面大多数呈山轮状。

经过生产工艺的革新，黏胶基碳纤维的强度和模量分别为2.8GPa和350GPa，断裂伸长为0.5％左右。

碱金属含量低(小于100*10-6)，而PAN基碳纤维的碱金属含量高。

（3）沥青基碳(石墨)纤维的制造

原料：石油沥青、煤沥青和聚氯乙烯沥青；

各向同性沥青和各向异性沥青。;沥青可纺性←原料具有流变性←分子结构、平均分子量、分子量分布→熔体粘度、熔化温度→熔纺温度、纺丝速度

沥青纺丝：传统的熔融纺、喷射纺或离心纺。

各向异性：多相结构和高黏性，纺丝需要高温和高速度;

中间相沥青：热塑性，氧化胶联，热固性。;碳纤维的性能

（１）力学性能

Willans，碳键键能和密度，石墨E0-180GPa，石墨层片方向杨氏模量值的18％。

★杨氏模量与固有弹性模量，微晶沿纤维轴的取向度Z0有关。

★轴向拉伸强度与取向度Z0、反应速率常数K和结晶厚度Lc有关。;对于不同纤维(HT,HM)，实际强度与弹性模量具有以下关系：

1、σHT=(0.010～0.014)E

2、σHM=(0.0040～0.0063)E;高拉伸强度,中等模量的(200~300GPa)的高强碳纤维(HT)；

高杨氏模量(400GPa)的高模量纤维(HM)；

极高或超高拉伸强度的碳纤维(SHT)和超高模量碳纤维(SHM)；

中间相沥青基碳纤维具有相当高的模量和较低的强度（约2GPa)，复合材料增强体；各向同性，磨檫材料或填料。;不同先驱体碳纤维与石墨晶体性能的比较;热性质：

热膨胀系数，各向异性的碳纤维具有两个基本的热膨胀系数，平行纤维轴向