第三代碳纤维技术经验集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
相比传统的金属材料和其他纤维制成的复合材料，碳纤维复合材料具备质量轻、强度高、弹性模量高的特点，可比传统铝合金结构减重30%，对武器装备性能提升贡献巨大，被广泛用于制造航空器机体及发动机、导弹外壳等。美国F-22、F-35战斗机的碳纤维复合材料用量比例分别达到24%和36%，以A350、波音787为代表的新型大型民机的碳纤维复合
碳纤维复合材料的运用已成为衡量武器装备先进性的标志之一。碳纤维是构成复合材料的关键原材料，承担着复合材料约90%的载荷，其拉伸强度和弹性模量是实现复合材料结构性能目标的关键。碳纤维复合材料生产和应用技术已经是航空工业制造水平的重要标志之一。
市场发展
高端碳纤维市场一直为日美两国所垄断。高端碳纤维绝大部分是小丝束的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。
目前全球最主要的6家小丝束碳纤维供应商的市场占比情况是：日本东丽公司占35%～40%、东邦公司占23%、三菱丽阳公司占14%；美国赫氏公司占12%、氰特工业公司占8%；台湾塑料工业和英国SGL公司占3%～5%。日本3家企业的碳纤维约占全球70%～80%的市场份额，其中东丽公司产能最大，产品性能最好，是全球最大的碳纤维供应商，代表了日本最高的技术水平和研发实力。美国的两家企业市场占有率约为20%，其中赫氏公司拥有40多年为美国军机开发应用碳纤维的经验，能够自主生产供应碳纤维，是美国厂家中高模量碳纤维技术的领导者；氰特工业公司以碳纤维的后续产品预浸料为主，碳纤维产品性能和研发能力低于赫氏。台湾塑料工业公司及SGL的产品性能略低于日本和美国的水平。
碳纤维以拉伸强度和弹性模量为主要指标，目前商业化产品已经发展到第二代，日美两国在广泛应用的第二代碳纤维产品上性能相当。
第一代以20世纪60年代东丽公司的T300和赫氏公司的AS4低强低模碳纤维为代表，T300主要用于波音737等型号的次承力构件，AS4应用在早期F-14战斗机的平尾等部位。第二代高强度、中等模量碳纤维以20世纪80年代东丽公司的T800和赫氏公司IM7系列为代表，同代产品还有东丽的T700、T1000，赫氏的IM8、IM9等。
T800强度比T300强度提高了68%，模量提高了28%，大量用于A350、波音787等飞机机翼机身的主承力结构。IM7比AS4强度提高了37%，模量提高了21%，大量用于美国的“三叉戟”Ⅱ潜射导弹及F-22、F-35战斗机等。
第二代碳纤维模量偏低
现阶段，航空航天等领域应用最广泛的是第二代高强度中等模量碳纤维。由于模量偏低，且碳纤维材料脆性大，易导致复合材料结构部件的疲劳损伤，甚至发生灾难性破坏，限制了航空武器装备性能的提升，更难以满足新一代航空武器装备的性能要求。
随着美国启动第六代战斗机、新一代远程轰炸机、第一代无人舰载作战飞机的研制，航空武器装备对巡航速度、航程、机动性、隐身性能、防护能力和维修性等指标都提出了更高要求，这就需要拉伸强度、断裂韧性、冲击性能等综合性能更高的碳纤维。
要获得综合性能高的碳纤维，就必须在强度和模量这两个基本属性上取得突破，而第三代碳纤维的主要技术特征就是同时实现高拉伸强度和高弹性模量。同时实现高的拉伸强度和弹性模量是碳纤维研制过程中的技术难点。
原丝制备和碳化是碳纤维制备的两个核心工艺：高质量的PAN原丝是实现碳纤维高性能和批量生产的关键；碳化过程的控制与碳纤维的拉伸强度和弹性模量直接相关。多年的碳纤维研制经历表明：大幅度地提高碳纤维弹性模量时，拉伸强度会明显降低；而当保持碳纤维的高拉伸强度时，又很难大幅度提高纤维的弹性模量。究其原因，碳纤维是由大量
石墨微晶组成的各向异性材料。高强度碳纤维通常要求微晶尺寸较小，而高模碳纤维通常要求微晶尺寸较大，如何解决这一矛盾是碳纤维研制中的最大难题。
日美各辟蹊径突破技术瓶颈
日本东丽公司通过突破碳化工艺，使碳纤维强度和模量同时提升10%以上，率先达到了第三代碳纤维的技术要求。东丽公司认为，碳纤维同时获得高拉伸强度和高弹性模量的关键在于碳化过程中的热处理技术及高温设备。在热处理技术方面，温度、牵伸、催化、磁场等许多因素都会影响纤维碳化后的性能。
2014年3月，东丽宣布研制成功T1100G碳纤维。东丽利用传统的PAN溶液纺丝技术，精细控制碳化过程，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构，对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制，从而使强度和弹性模量都得到大幅提升。T1100G的拉伸强度6.6GPa，比T800提高12%；弹性模量324GPa，提高10%，正进入产业化阶段。美国佐治亚理工学院研究小组通过突破原丝制备工艺，在保持碳纤维高强度同时，弹性模量提升28%以上。赫氏公司的碳纤维产品30年来一直停留在中等弹性模量水平，性能难以突破。
美国国防预研局（DARPA）在2006年启动先进结构纤维项目，目的是召集全国优势科研力量，开发以碳纤维为主的下一代结构纤维。佐治亚理工学院作为参研机构之一，从原丝制备工艺入手，提高碳纤维弹性模量。2015年7月，该研究小组利用创新的PAN基碳纤维凝胶纺丝技术，将碳纤维拉伸强度提升至5.5～5.8GPa，拉伸弹性模量达354～
375GPa。虽然拉伸强度和IM7相当，但弹性模量实现了28%～36%的大幅提升。这是目前报道的碳纤维高强度和最高模量组合。其机理是凝胶把聚合物链联结在一起，产生强劲的链内力和微晶取向的定向性，保证在高弹性模量所需的较大微晶尺寸情况下，仍具备高强度。这表明美国已经具备了第三代碳纤维产品的自主研发实力。
日美从两条不同的技术途径都获得了高强度、高模量碳纤维。从目前的研究成果来看，东丽的第三代碳纤维产品强度更高，更适用于抗拉强度设计值高的结构件；美国的产品弹性模量更高，更适用抗弯、抗冲击、抗疲劳强度设计值高的部件。
日美相关企业和机构都明确表示第三代碳纤维的应用目标是航空航天高端市场，替代目前的T800和IM7第二代碳纤维产品，提高军机结构部件强度、刚度等综合性能。东丽是传统PAN溶液纺丝技术的先驱，原丝技术高度成熟，产业化能力强，从第一、第二代产品来看，其第三代产品有望在未来5～10年实现工业化生产并全面投放市场。美国放弃传统溶液原丝制备工艺，采用凝胶纺丝技术，有更大余地对工艺优化，碳纤维性能也有更大提升空间。美国计划于2030年前后面世的第六代战斗机、新一代远程轰炸机、第一代无人舰载作战飞机极有可能通过应用第三代碳纤维技术而大幅提高作战性能。
超高分子量聚乙烯纤维的发展 在总结阐述超高分子量聚乙烯纤维概念、用途的基础上，分析其在国内外不同国家的发展与应用现状，并重点阐释其在我国的产生、发展历程及取得的巨大成果;对世人了解我国超高分子量聚乙烯纤维发展状况，具有重要的释疑意义。 1超高分子量聚乙烯纤维概述 超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后的世界第三代高强、高模、高科技的特种纤维。超高分子量聚乙烯纤维在水中的自由断裂长度可以延伸至无限长，而在相同粗细的情况下，超高分子量聚乙烯纤维能承受8倍于钢丝绳的最大质量，在军事、工业、航空、航天等领域均有重要应用。超高分子量聚乙烯纤维最重要的功能就是能够起到防弹、防刺的作用，用其制作的防弹衣质量、强度与传统的防弹衣相比都要轻得多，强度也高很多。超高分子量聚乙烯纤维若按质量计算其强度，要比芳纶高出40%，可以称之为当今世界上强度最高的聚乙烯纤维。在世界三大特种纤维中，超高分子量聚乙烯纤维质量最轻，化学稳定性也最好，而且具有耐磨、耐弯曲性能、张力疲劳性能以及抗切割性能。但超高分子量聚乙烯纤维在世界上也属于稀缺物资，其生产技术难度是很大的，目前，在国际上只有美国、荷兰、日本的三家化工公司能够进行工业化生产，而国内年产量则较少，多存在装置规模小等问题。据预测，在未来10年，世界对超高分子量聚乙烯纤维的年需求量将达到20万吨以上，市场发展潜力巨大。在我国，其已被列为国家"十一五"期间重点研发产品。 2国外超高分子量聚乙烯纤维生产与发展现状 1)超高分子量聚乙烯纤维在荷兰的发展 荷兰帝斯曼公司是世界上生产迪尼玛品牌高性能聚乙烯纤维的最大厂商。该公司于2006年在美国北卡罗来纳州建成并投产了高强聚乙烯纤维迪尼玛的生产线，这是该公司的第三次扩产扩能，这就使该公司生产超高分子量聚乙烯纤维的生产线数量达到了9条。自此，其在全球的迪尼玛纤维生产能力提高了约18%，达到了4700吨/年。而主要应用于单向防弹板制作的此类纤维生产能力则提高25%，达到了2500吨/年。目前，北卡罗来纳州的格里维尔装置可以向全球用户生产供应这种纤维，但必须首先满足美国军事工业的需要。世界对该种纤维的需求正在快速的增长。 2)超高分子量聚乙烯纤维在美国、日本等国家的发展
聚丙烯腈碳纤维用上浆剂 上浆是碳纤维经表面处理后收绕成卷成为碳纤维成品前的最后一道工艺工序。上浆的主要作用是对碳纤维进行集束，类似黏合剂使碳纤维聚集在一起，改善工艺性能，便于加工，同时起到保护作用，减少碳纤维之间的摩擦，使其在后续收卷、包装、运输过程减少对纤维的损失。通过对碳纤维进行上浆处理，在碳纤维表面形成的聚合物层还可以起到类似偶联剂作用，改善碳纤维和树脂之间化学结合，提高复合材料的界面性能。碳纤维表面的聚合物还能改善炭纤维的浸润性能，便于树脂浸渍，减少复合材料的制备时间，提高复合材料的质量。碳纤维生产过程中不同上浆剂、上浆工艺对碳纤维力学性能、加工工艺性能和复合材料力学有着重要影响。 5.4.1 上浆剂种类 碳纤维上浆剂的品种很多，选择上浆剂需要综合考虑成膜性、对纤维的保护性能、环保性和成本等因素。在上浆剂研制生产时就需要考虑与最终增强基体树脂的相容性，为碳纤维在复合材料中发挥其高强高模特性提供基础准备。对于上浆剂主组分的选取，应根据相似相溶原理，选择与基体树脂材料类似的组分，比如环氧树脂基体选择环氧树脂系上浆剂，不饱和聚酯基体选择不饱和聚酯类上浆剂。表5.19为东丽公司碳纤维上浆剂与不同树脂相容性。 表5.19 东丽公司上浆剂类型与不同树脂的相容性 上浆剂类型相容树脂基体 1 环氧 3 环氧 4 环氧、酚醛、双马 5 通用：环氧、酚醛、聚酯、乙烯基酯 6 环氧 F 乙烯基酯、环氧 9 无上浆剂 目前工业及研究中所采用的上浆剂种类很多，通常为多官能型分子量较低的聚合物，包括含羧基或者醚键的化合物、含酰胺基或酯基的化合物、双酚类化合物、多氧化乙烯（多）苯基醚类化合物、多元醇-脂肪酸酯类、环氧树脂类以及其改性化合物、聚氨酯为主成分的改性物、聚酰亚胺及其改性化合物等。在最近的研究中，为了进一步改进碳纤维在复合材料制备过程的加工工艺性，研究人员尝试了微颗粒改性，如在常规上浆剂中加入硅酸铝、石墨、、云母、氧化铝、陶瓷等微颗粒，或者采用如碳纳米管、石墨烯、纳米二氧化硅等进行改性，获得了一定的改性效果。
PAN 基碳纤维 摘要: 聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。 关键词：PAN 基碳纤维 碳纤维结构 PAN 基碳纤维制备 PAN 基碳纤维性能 PAN 基碳纤维应用前景 航天 军事 体育用品 1. 碳纤维结构 碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。 碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。 2. PAN 基碳纤维的制备 从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN 的聚合， 原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。 2.1 PAN 的聚合 由于PAN 分子结构的特性，纯聚体PAN 不适宜作为碳纤维前驱体。工业生产中，往往采用共聚PAN 来制备PAN 原丝。引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。但也可能带来一些负作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。 2.2 原丝的制备 PAN 在熔点（317°C ）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。 干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内单体引发剂 聚合 纺丝 原丝 预氧化 预氧丝 炭化 石墨化 表面处理 上浆 碳纤维 石墨纤维
第三代碳纤维技术经验集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
相比传统的金属材料和其他纤维制成的复合材料，碳纤维复合材料具备质量轻、强度高、弹性模量高的特点，可比传统铝合金结构减重30%，对武器装备性能提升贡献巨大，被广泛用于制造航空器机体及发动机、导弹外壳等。美国F-22、F-35战斗机的碳纤维复合材料用量比例分别达到24%和36%，以A350、波音787为代表的新型大型民机的碳纤维复合 碳纤维复合材料的运用已成为衡量武器装备先进性的标志之一。碳纤维是构成复合材料的关键原材料，承担着复合材料约90%的载荷，其拉伸强度和弹性模量是实现复合材料结构性能目标的关键。碳纤维复合材料生产和应用技术已经是航空工业制造水平的重要标志之一。 市场发展 高端碳纤维市场一直为日美两国所垄断。高端碳纤维绝大部分是小丝束的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。 目前全球最主要的6家小丝束碳纤维供应商的市场占比情况是：日本东丽公司占35%～40%、东邦公司占23%、三菱丽阳公司占14%；美国赫氏公司占12%、氰特工业公司占8%；台湾塑料工业和英国SGL公司占3%～5%。日本3家企业的碳纤维约占全球70%～80%的市场份额，其中东丽公司产能最大，产品性能最好，是全球最大的碳纤维供应商，代表了日本最高的技术水平和研发实力。美国的两家企业市场占有率约为20%，其中赫氏公司拥有40多年为美国军机开发应用碳纤维的经验，能够自主生产供应碳纤维，是美国厂家中高模量碳纤维技术的领导者；氰特工业公司以碳纤维的后续产品预浸料为主，碳纤维产品性能和研发能力低于赫氏。台湾塑料工业公司及SGL的产品性能略低于日本和美国的水平。
碳纤维布编织技术 编织是一种基本的纺织工艺，能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体。这种工艺通常能够制造出复杂形状的预成形体，但其尺寸受设备和纱线尺寸的限制。在航空工业，目前该技术主要集中在编织的设备、生产和几何分析上，最终的目的是实现完全自动化生产，并将设备和工艺与CAD/CAM 进行集成。该工艺技术一般分为两类，一类的二维编织工艺，另一类是三维编织工艺。
传统的二维编织工艺能用于制造复杂的管状、凹陷或平面零件的预成形体，它与其它纺织技术相比成本相对较低。它的研究主要集中在研发自动化编织机来减少生产成本和扩大应用范围。它的关键技术包括质量控制、纤维方向和分布、芯轴设计等。它在航空工业的应用包括制造飞机进气道和机身J型隔框。该技术通常与RTM和RFI技术结合使用，另外也可以与挤压成形和模压成形联合使用。其应用水平在洛克希德?马丁公司生产F-35战斗机进气道制造中最能体现其先进性，加强筋与进气道壳体是整体结构，减少了95%的紧固件，提高了气动性能和信号特征，并简化了装配工艺。为了克服二维编织厚度方面强度低的问题，开发了三维编织技术，为制造无余量预成形体提供了可能。但是该技术同样受到设备尺寸限制。 针织 针织用于复合材料的增强结构始于上世纪90年代。由于它的方向强度、冲击抗力较机织复合材料好，且针织物的线圈结构有很大的可伸长性，易于制造非承力的复杂形状构件。目前国外已生产了先进的工业针织机，能够快速生产复杂的近无余量结构，而且材料浪费少。用这种方法制造的预成形体可以加入定向纤维有选择地用于某些部位增强结构的机械性能。另外，这种线圈的针织结构在受到外力时很容易变形，因此适于在复合材料上成形孔，比钻孔具有很大优势。但是它较低的机械性能也影响了它的广泛应用。 经编
预应力碳纤维复合板加固法详解 预应力碳纤维复合板加固方法适用于截面偏小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固。本方法不适用与素混凝土构件，包括纵向受力钢筋一侧配筋率低于0.2%的构件加固。 目前预应力碳纤维复合板常用宽度有500mm、100mm，常见厚度有1.2mm、1.4mm、2.0mm、3.0mm。执行标准有GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》、GB50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》、GB/T14370-2007《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、JTG/TJ22-2008《公路桥梁加固设计规范》。 一、预应力碳纤维复合板简介 预应力碳纤维复合板加固系统是一种应用于桥梁、大跨度等受弯构件的主动加固技术。通过预应力碳纤维板的张拉，提升构件的承载能力，同时减少扰度变形，减少封闭构件裂缝。具有碳纤维材料轻质、高强、耐老化的优点;同时提升了碳纤维抗拉强度利用率。 二、CFPP预应力碳纤维复合板应用范围 钢筋混凝土桥梁的控制裂缝加固； 钢筋混凝土桥梁的板梁、箱梁、T梁抗弯加固；
民用建筑、工业厂房等建筑，大跨度结构梁、板的抗弯加固、控制裂缝加固等； 大跨度钢筋混凝土桥梁加固，提升承载能力，广泛应用于预应力或非预应力桥梁结构。 三、预预应力碳纤维复合板特点 预应力碳纤维板最大的优点为主动加固，并且使用预应力碳板进行加固，几乎不增加自重和可不卸载进行加固。减小结构变形、有效提高结构承载能力、充分发挥碳纤维抗拉强度。 四、CFPP预应力碳纤维板系统组成 预应力碳板系统由预应力碳板、配套碳板粘结剂、张拉锚固单元三部分组成。 张拉锚固单元系统组成 预应力碳板张拉锚固单元由固定端锚具、张拉端锚具、固定端支座、张拉端支座、压条、锚栓、配套螺母垫片、张拉工装等组成。 其中张拉工装含张拉杆、张拉端挡板、千斤顶、手压泵，用于配合进行张拉施工。 预应力碳纤维板张拉锚固单元、系统锚固端、系统张拉端
碳纤维市场现状概述 M.W ar necke ,C .W il m s ,G .Se i d e ,T .G ries 亚琛工业大学纺织技术研究所(德国) H.Y il m az ,O.Lorz 亚琛工业大学国际经济学院(德国) 摘 要:简述了目前生产者的情况并给出参与该市场的公司的信息。文中碳纤维信息 来源于8家知名生产厂商、新的竞争者和一些即将进军该领域的公司。这些公司都采用聚丙烯腈为原料,这是由于其作为生产碳纤维基材的自身优势。 关键词:碳纤维,市场, 现状 图1 当今十大碳纤维生产商的地理分布 碳纤维生产及其后加工是化学工业的一个领域。碳纤维1971年才开始生产,这个市场还相当年轻,产品一直由8家大公司垄断,然而最新发展表明越来越多的相关分支企业准备进军碳纤维市场,尤其是生产聚丙烯腈的企业。 碳纤维的商业化生产始于20世纪70年代的日本,由Toray (东丽)、东邦人造丝[即现在的Toho Tenax (东邦特耐克期)]和M itsubishi(三菱)公司发起。这些公司目前仍跻身于世界上最大的碳纤维生产商行列。20世纪80年代中期,美国和欧洲的公司,如Zo ltek (卓尔泰克)、Cytec (美国氰特)和H ex cel (美国赫氏)也开始生产碳纤维,另外还有知名的台湾生产商)))台湾塑胶工业公司。最近其他地区的一些公司也表明了进入该市场的打算。值得一提的是土耳其的A ska(阿什卡)公司,主要从事化学纤维的专业化生产,2009年以来也已经在生产碳纤维。另外,许多中国大陆厂商也有这个目标。图1为世界上十大碳纤维生产商的地理分布图,表1为其估算的世界各地的产能。 1 知名的碳纤维生产商 东丽实业公司是坐落在日本东京的一家化学公司,它是世界领先的碳纤维生产商。公司创办于1926年,当时名为东洋人造丝有限责任公司,专门生产粘胶纤维。1971年开始生产碳纤维。和碳纤 维生产最相关的工厂位于日本、法 国和美国。 东邦特耐克斯也是日本东京的一家碳纤维生产公司。创办于1934年,当时名为东洋人造纤维有限公司,专门生产粘胶纤维。自2007年起,东邦与坐落在大阪和东京的日本化学与制药公司)))帝人合作,1975年开始生产氧化聚丙烯腈纤维,1977年开始生产碳纤维。这家公司在其他国家(如德国和美国)的企业也非常活跃。 卓尔泰克是一家生产碳纤维和聚丙烯腈纤维的公司,坐落在美国洛杉矶。公司创建于1975年,一直作为工业支持和服务公司,直到1988年的一次收购使得它能够开始生产碳纤维。1995年公司收
相比传统的金属材料和其他纤维制成的复合材料，碳纤维复合材料具备质量轻、强度高、弹性模量高的特点，可比传统铝合金结构减重30%，对武器装备性能提升贡献巨大，被广泛用于制造航空器机体及发动机、导弹外壳等。美国F-22、F-35战斗机的碳纤维复合材料用量比例分别达到24%和36%，以A350、波音787为代表的新型大型民机的碳纤维复合材料用量比例更是达到了50%以上。 碳纤维复合材料的运用已成为衡量武器装备先进性的标志之一。碳纤维是构成复合材料的关键原材料，承担着复合材料约90%的载荷，其拉伸强度和弹性模量是实现复合材料结构性能目标的关键。碳纤维复合材料生产和应用技术已经是航空工业制造水平的重要标志之一。 市场发展 高端碳纤维市场一直为日美两国所垄断。高端碳纤维绝大部分是小丝束的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。 目前全球最主要的6家小丝束碳纤维供应商的市场占比情况是：日本东丽公司占35%～40%、东邦公司占23%、三菱丽阳公司占14%；美国赫氏公司占12%、氰特工业公司占8%；台湾塑料工业和英国SGL公司占3%～5%。日本3家企业的碳纤维约占全球70%～80%的市场份额，其中东丽公司产能最大，产品性能最好，是全球最大的碳纤维供应商，代表了日本最高的技术水平和研发实力。美国的两家企业市场占有率约为20%，其中赫氏公司拥有40多年为美国军机开发应用碳纤维的经验，能够自主生产供应碳纤维，是美国厂家中高模量碳纤维技术的领导者；氰特工业公司以碳纤维的后续产品预浸料为主，碳纤维产品性能和研
发能力低于赫氏。台湾塑料工业公司及SGL的产品性能略低于日本和美国的水平。 碳纤维以拉伸强度和弹性模量为主要指标，目前商业化产品已经发展到第二代，日美两国在广泛应用的第二代碳纤维产品上性能相当。 第一代以20世纪60年代东丽公司的T300和赫氏公司的AS4低强低模碳纤维为代表，T300主要用于波音737等型号的次承力构件，AS4应用在早期F-14战斗机的平尾等部位。第二代高强度、中等模量碳纤维以20世纪80年代东丽公司的T800和赫氏公司IM7系列为代表，同代产品还有东丽的T700、T1000，赫氏的IM8、IM9等。 T800强度比T300强度提高了68%，模量提高了28%，大量用于A350、波音787等飞机机翼机身的主承力结构。IM7比AS4强度提高了37%，模量提高了21%，大量用于美国的“三叉戟”Ⅱ潜射导弹及F-22、F-35战斗机等。 第二代碳纤维模量偏低 现阶段，航空航天等领域应用最广泛的是第二代高强度中等模量碳纤维。由于模量偏低，且碳纤维材料脆性大，易导致复合材料结构部件的疲劳损伤，甚至发生灾难性破坏，限制了航空武器装备性能的提升，更难以满足新一代航空武器装备的性能要求。 随着美国启动第六代战斗机、新一代远程轰炸机、第一代无人舰载作战飞机的研制，航空武器装备对巡航速度、航程、机动性、隐身性能、防护能力和维修性等指标都提出了更高要求，这就需要拉伸强度、断裂韧性、冲击性能等综合性能更高的碳纤维。
预应力混凝土是近几年发展起来的一门新技术，它是在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预应力，这种压力通常称为预应力。其原理是通过构件在使用阶段的外荷载作用下产生的拉应力，首先要抵消预压应力。 这就推迟了混凝土裂缝的出现,同时也限制了裂缝的开展,从而提高了构件的抗裂度和刚度。对混凝土构件受拉区施加预压应力的方法,是张拉受拉区中的预应力钢筋,通过预应力钢筋和混凝土间的粘结力或锚具,将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件中,并产生预压应力。 ▋先张法
先张法是在浇筑混凝土构件前张拉预应力钢筋,并将张拉的预应力钢筋临时固定在台座或钢模上,然后再浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度(一般不低于设计强度等级的75%),保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时,放松预应力筋,借助于混凝土与预应力筋的粘结,使混凝土产生预压应力。 ▋后张法 后张法是先浇筑混凝土,后张拉钢筋的方法。在制作构件或块体时,在放置预应力的部位预先留设孔道,待混凝土达到设计规定的强度后,将预应力筋穿入预留孔道内,用张拉机具将预应力筋张拉到设计规定的控制应力后,借助锚具把预应力筋锚固在构件端部,最后进行孔道灌浆。
▋先张法和后张法的异同 1.相同点 1)对混凝土的要求相同：在预应力混凝土结构中,混凝土的强度等级不低于C30;当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋做预应力钢筋时,混凝土的强度等级不宜低于C40;对构件混凝土的强度如无设计规定,则不低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75%。 2)张拉程序相同 2.不同点 1)构件制作先后顺序不同：先张法是先张拉后制作构件,后张法是先制作构件后张拉预应力筋。 2)固定构件的锚具不同：先张法一般采用的钢丝夹具和张拉机具如张拉夹具和锚固夹具以及穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机、卷扬机等;后张法因预应力筋、锚具和张拉机具是配套使用,一般采用的锚具有单根粗钢筋锚具、钢筋束和钢绞线锚具,采用的张拉机具有拉杆式千斤顶和锥锚式千斤顶等。 3)施工工艺不同：张拉钢筋时间不一样,先张法是先开始张拉,而后张法是等浇筑完混凝土构件后张拉预应力筋;先张法需要混凝土预应力筋放张程序;后张法需要预留埋管制孔工序,最后还有孔道灌浆工序等。
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
碳纤维织造的技术 织造技术的发展 早在公元前5000 年，世界文明发源地就有了纺织品生产，例如非洲尼罗河流域的亚麻纺织、我国黄河、长江流域的葛纺织和丝绸纺织等。公元前500 年我国就有了脚踏织机。早在150年前，有梭织机开始逐步代替手工织布，其产量比手工织布的产量高出一倍，1844年开始出现无梭织机，剑杆织机发明于1870年，我国20世纪60年代中期开始研制剑杆织机，并成功地应用在有梭织机的技术改造上。 20世纪末，计算机被应用到织造机械，许多电子引纬和开口装臵及系统应用到众多织机总，使剑杆织机的转速和入纬率大大提高。挠性剑杆织机的速度和入纬分别到了700rpm和1500rpm。进入21世纪后，剑杆织机的发展已不再单纯追求速度和入纬率，研究重点转向提高织机的产量及运转性能、提高织造效率及产品质量。织机制造商所努力的方向为对应各种各样纬纱，织造高附加值织物。新型剑杆织机已基本实现了电子技术、变频调速技术、传感技术与织机机械的完美结合，使得剑杆织造技术达到了一个崭新水平。 近年来，在航空航天工业发展的推动下，发达国家的高性能纤维纺织装备技术取得了突破性进展，电子化自动控制的剑杆织机、多轴向经编机等关键技术装备的研制获得成功，碳纤维织物的品质和性能得到大幅度提升。 我国高性能复合材料技术研究始于20世纪70年代，经过30多年的发展，工艺装备技术水平有了很大的发展，计算机控制的纤维剑杆织机、缝边机、编织机等现代化纺织预成型设备国内已有引进。虽然我国碳纤维织物的研究在国家重大科技专项需求的牵引下得到了迅速的发展，取得了一定的成绩，但是与发达国家相比，目前我国碳纤维设备依旧落后很多。 织造工艺 织造是一种基本的纺织工艺，能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体。根据不同的织造手法，可分为以下四种织造工艺。 1、梭织（weaving）：使用梭子（shuttle）的运动来配送纬纱而交织经纱。
新型生物质碳材料的研究进展 摘要: 碳材料是重要的结构材料和功能材料,利用生物质原料制备各种碳材料,可以降低碳材料生产成本,实现碳材料的可持续发展。本文较系统地介绍了新型生物质碳材料的制备方法以及应用前景,总结了近年来国内外生物质碳纤维、生物质活性碳纤维、生物质碳分子筛等碳材料的相关研究报道。 关键词: 生物质;碳纤维;活性碳纤维;碳分子筛 碳材料以其优良的耐热性能、高导热系数、良好化学惰性、高电导率等优点,被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、航空等领域。近年来,由于化石资源的短缺,碳材料的发展和应用受到了限制。生物质资源如林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源植物等属于可再生资源而成为化石资源的替代品,而且大部分生物质资源都含有丰富的碳元素,成为制备各种碳材料的丰富原料。自碳材料诞生起,以可再生的生物质资源为原料制备各种碳材料一直都是研究者关注的重点.。 1. 新型生物质碳材料 目前,研究较多和应用比较广泛的新型生物质碳材料有各种生物质碳纤维、生物质活性碳纤维、生物质碳分子筛。 1．1 生物质碳纤维 碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下炭化而制得。作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工
性,是先进复合材料最重要的增强材料。由于其特有的高比强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、低热膨胀等特殊性能,已成为发展航天航空等尖端技术和军事工业必不可少的新材料。目前碳纤维制备方法主要有有机纤维法和气相生长法。以各种生物质原料为前驱体的碳纤维,其制备大多采用有机纤维法,即采用不同的有机纤维为原料,经纺丝、氧化、炭化、石墨化、表面处理、上胶、卷绕及包装,分别制得各种不同性能的碳纤维和石墨纤维。 1．2 生物质活性碳纤维 活性碳纤维(activatedcarbonfiber,ACF)是将碳纤维及可炭化纤维经过物理活化、化学活化或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能型碳纤维。常使用的活化剂是水蒸气和二氧化碳(CO2)或两者同时使用。活性碳纤维多用作吸附材料、催化剂载体、电极材料等。有别于作为增强体的碳纤维ACF的力学性能并不高,不能用作结构材料件;但由于比一般活性碳有着更为优越的孔隙结构和形态,成为各国积极开发的第三代活性碳吸附材料。1．3生物质碳分子筛 碳分子筛(carbonmolecularsieves,简记CMS)是在20世纪末期发展起来的一种具有较为均匀微孔结构的碳质吸附剂材料。它具有接近被吸附分子直径的楔形狭缝状微孔,能够把立体结构大小有差异的分子分离开来。作为碳质吸附剂,CMS与活性碳在化学组成上并没有本质区别,但是CMS的孔隙率远低于活性碳,其孔隙以微孔为主,微孔孔径分布集中在013～110nm范围内。碳分子筛的吸附分离是基于
碳纤维包覆工艺指南 材料选择： 1.碳纤维布——选择斜纹碳纤维布，对曲面的包覆服帖度相比平纹 布好很多。要选择密度大的碳纤维布。 2.碳纤维底胶——碳纤维底胶为黑色，因为如果所要包覆的零件是 浅色的，碳布的网眼有可能会透出零件的颜色，导致表面效果差。 用黑色的底胶能很好的遮盖住零件的颜色。底胶的另外一个作用是增加碳纤维布和零件的粘接力，不会有包覆层和零件脱开的现象。 3.碳纤维面胶——碳纤维面胶是整个包覆工艺中最重要的一个材 料，一定要选择透明度高，消泡性好的表面胶。 4.表面亮光金油——选择汽车用的亮光金油比选择普通的透明漆， 效果要好得多。 操作步骤： 1.首先把所要包覆的零件表面除油除尘，有油漆层的最好打磨掉。 2.把底胶按2比1混合，搅拌均匀之后，刷上零件需要包覆的表面， 刷完底胶之后，用加热的方式来使底胶表面平整光滑，用烤灯或暖风机等加热设备均可。一般加温到40度固化时间在2小时之内。 3.底胶固化以手摸还有粘性，但不会粘到手上为准，把裁剪好的碳 纤维布铺上（裁剪碳纤维布要用美纹胶带先粘上碳布，然后沿美纹胶带中间剪开那样不会有碳纤维丝散开的现象。要注意的是：
碳布一定要裁剪得比需要包覆的零件表面稍大）压实碳布，使布和零件完全贴合。 4.铺完碳布之后，就可以刷表面胶了。按比例调配好表面胶，若气 温低太稠，可加温使它变稀，之后用尼龙刷蘸取少量树脂轻轻按压进碳布，使碳布被树脂完全浸润，排除碳布内的空气。（零件边沿多出来的碳布也刷一些胶上去，作用是使碳布固化，方便之后用美工刀切割掉碳布多余的部分）刷完一层之后，用加温底胶相同的方法加温面胶，使它固化。第一层面胶固化之后，检查表面有没有气泡或者杂质，要是有杂质，就用针挑破，一般不建议用砂纸来打磨（砂纸打磨容易把打磨下来的白色粉末嵌在细小的孔中不易弄出，到时会形成小白点）之后再刷第二层表面胶，第二层开始因为碳布已经被第一层树脂固定住了，所以不需要担心刷的时候会刷坏碳布，只要刷子刷上一层表面胶，检查有无气泡，要是没气泡就等待固化就行，有气泡的话用热风机吹一下气泡就会消散，记住不要大风吹，会把胶吹散的。 5.重复刷大概4层左右的表面胶之后碳布的纹路就被表面胶完 全覆盖住了，待固化后，就可以开始打磨的工序了（要是面胶刷得好基本不用打磨）检查表面有没有高低不平的地方，有的话就用600号左右的水砂纸打磨平整，再用1000到1500号的水砂砂光，晾干之后就可以上光油了。 6.上完光油，等油漆固化，用抛光剂抛光，手工机抛都行，之后 就大功告成了。
长江钢琴格碳纤维合不合格击弦机来给答案定位为中国最高端的民族品牌之一----长江钢琴，采用第三代碳纤维超反应 击弦机。一经推出，反响强烈，先后夺得数个金奖，第三代碳纤维击弦机的优越性毋庸置疑，下面就碳纤维击弦机的优越技术性能做一个详细的介绍，以飧阅者。 击弦机是钢琴的主要部件，主要用来击发琴弦振动，是一种纯物理制动的精密结构，可以说是钢琴的心脏。传统的击弦机是由木质材料制成，但随着制造工艺和材料科学的发展，近些年来，一种由碳纤维材料制作的击弦机开始出现，并开始装备到钢琴当中。然而对于这种新生事物，许多人却并不了解，碳纤维击弦机到底有什么优点？和传统的木质击弦机相比，碳纤维击弦机会对钢琴的音色构成影响吗？ “黑色黄金”用途广 碳素纤维又称碳纤维（Carbon Fiber，简称CF），被誉为“黑色黄金”，它继石器和钢铁等金属后，被国际上称之为“第三代材料”。碳纤维材料有许多优点，比如质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、易于加工等。与钢材相比，碳纤维的比重不到钢的1/4，抗拉强度却可以达到钢材的7至9倍。正是因为这些优点，碳纤维材料在许多领域都得到了广泛的应用，大到汽车、飞机、火箭，小到羽毛球拍、自行车乃至折叠刀等生活用品，都能够见到碳纤维的身影。 近些年来在乐器制造领域，碳纤维材料的应用也越来越多，比如近几年出现的碳纤维小提琴、碳纤维吉他，还有许多乐器的零部件都会运用到碳纤维材料，比如手风琴上的风箱，还有碳纤维击弦机等。
与传统的木质击弦机相比，碳纤维击弦机的优点非常明显。 找到“最佳击弦点” 众所周知，决定钢琴的好坏有三大因素：音色、手感及稳定性。熟悉钢琴构造的朋友都知道，钢琴的发声原理是通过按下琴键将力传导至击弦机，再带动琴槌敲击琴弦发出声音。在这个过程中，琴槌敲击琴弦的位置非常重要，敲击不同的位置发出的声音也不同。 通常我们说有一个“最佳击弦点”，是指琴弦上会发出最清晰亦或是可能发出最大音量的一个点，如果榔槌击打琴弦时稍微偏离了这个点，音调和音量都将发生变化。所以说，一架稳定的击弦机，可以保证琴槌每一次的击打都非常精确地命中“最佳击弦点”，但是当击弦机的部件发生变化时，就不能保证那么精确了。 木材是一种“张力材料”，这就意味着其内部“存储”有张力，随着时间的推移，这种张力会被释放，木材就会变形并且原来切过的地方会有变化。在一台钢琴击弦机中，每个组件都有木头制成且易受影响而改变，不过，受影响最大的部分还是顶杆和弦槌柄。所以当木材的张力发生变化时，击弦机也会随之改变。而碳纤维击弦机则不会存在这个问题。
2016年预应力碳纤维板加固案列分析 预应力碳纤维板是是一种应用于桥梁、大跨度等受弯构件的主动加固技术。预应力碳纤维复合板常用宽度有50mm、100mm，常见厚度有1.2mm、1.4mm、2.0mm、3.0mm。 根据规范GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》，预应力碳板加固方法适用于截面偏小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固。本方法不适用与素混凝土构件，包括纵向受力钢筋一侧配筋率低于0.2%的构件加固。被加固的混凝土结构构件，混凝土强度等级不得低于C25,且混凝土表面正拉粘结程度不得低于 2.0MPa。而且本方法加固的混凝土结构，其长期使用的环境温度不应高于60℃。 除了需要执行上述的规范之外，我们在使用预应力碳板加固时，还必须严格执行执行GB50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》、GB/T14370-2007《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、JTG/TJ22-2008《公路桥梁加固设计规范》。我们在加固时必须以这些规范为向导，最终为我们加固服务。 预应力碳纤维板加固真实案列一 宁常镇溧高速公路通济河大桥 工程概况 通济河大桥位于半径=6000m的平曲线上；本桥上部结构为(4×25m)+(5×25m)装配式部分预应力砼连续箱梁+18m简支箱梁异性块+(5×35m)装配式部分预应力 砼连续箱+18m简支箱梁异性块+(6×25m)+(5×25m)装配式部分预应力砼连续箱梁，桥面宽度35m，下部结构为桩柱式墩台。除箱梁异性块，其余上下部结构均采用2003年版本通用图，25m组合箱梁梁高1.4m，35m梁高1.8m，底板、腹板厚度均为450px。全桥设D80、D100、D160三种规格的伸缩缝，桥梁设计荷载为：汽车-超20级，挂车-120。 桥梁病害
PAN基碳纤维综述 专业纺织工程学号 0843093070 学生林华萍指导老师傅师申 摘要:聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。本综述简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及前景。 关键词：PAN基碳纤维，制备，结构，性能，应用，前景 1碳纤维结构 碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。 碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98-99%，杂质少。碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。 2PAN基碳纤维的制备 图1 从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN 的聚合，原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。 2.1 PAN的聚合 由于PAN分子结构的特性，纯聚体PAN不适宜作为碳纤维前驱体。工业生产中，往往采用
共聚PAN来制备PAN原丝。引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。但也可能带来一些副作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。 2.2 原丝的制备 PAN在熔点（317°C）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。 干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内部的缺陷减少、致密性提高。干湿法纺丝还具有高倍的喷丝头拉伸（3-10mm的空气层是有效拉伸区），纺丝速度高（为湿法纺丝的5-10倍），容易得到高强度、高取向度的纤维等特点，从而保证了碳纤维有足够的强度，是当前碳纤维原丝生产的发展方向。 2.3 原丝的预氧化 预氧化过程中原丝的颜色由白色向黄、棕、黑过渡，主要发生的反应为脱氢、环化及氧化反应，其中环化反应是预氧化过程中最关键的一步。 环化反应：PAN热处理时，分子间相邻氰基的加成反应，形成稳定性较高的梯形结构。 脱氢反应：为环化的聚合物或环化的杂环均可由于氧的作用发生脱氢反应，产生大量的水。脱氢反应是预氧化过程中主要反应之一，其结果导致主链上双键的形成，赋予主链更高的稳定性，使预氧化丝具有耐燃性。 氧化反应：预氧化开始时，氧化脱氢为氧化反应的主要部分。除此之外，氧同时还直接与预氧化丝结合，主要生成羟基、羰基、羧基等。若PAN原纤被充分预氧化，在预氧化丝中的含氧量甚至课高达16-23%。 影响PAN原丝预氧化的因素只要有：纤维的张力，热处理温度和介质的影响。 2.4 预氧化丝的碳化及石墨化 为避免高温下碳的氧化，碳化必须在惰性气氛的保护下进行。通常采用N 2、Ar 2 或其他非氧 化性介质如HCl等气体。 碳化是纤维仍会发生物理收缩和化学收缩，因此要对纤维施加张力进行拉伸以得到优质碳纤维。 碳化阶段以多段式的升温速率进行。低于600°C的温区，需低升温速率，升温速率需严格控制在小于5℃/min的范围内。因为这一温区包含大部分的化学反应及挥发性物质的逸出，提高升温速率的话，纤维表面会形成气孔或不规则的形态。600℃以上的温区，可以以较快的升温速率进行，此加热段仍有挥发性产物的逸出，同时形成分子链聚合物之间的交联。经600℃左右的低温碳化处理后，碳纤维的强度为1.5-2.0GPa，模量约120GPa。从900℃升温到1350℃，可制取强度为3-4GPa，模量约220GPa的碳纤维；升温到1500℃，可制取强度为4-5GPa,模量约
2019年4月第46卷第4期 Apr.2019 VoL46,No.4云南化工 Yunnan Chemical Technology doi：10.3969/j.issn.l004-275X.2019.04.039 碳纤维表面上浆量的测试方法研究 杜婷婷，丁月里，张新伟，姜艺玺，丁光强 （中安信科技有限公司+河北廊坊625000） 摘要：采用萃取法和热解法两种方法分别测定PAN基碳纤维表面上浆量，以萃取法测试数据为依据，对热解法进行了优化，优化后热解法测试条件为空气氛围下热解温度1,5!,热解时间'09&0。在此条件下，两种方法所测得的碳纤维表面上浆量基本一致。通过进一步实验证明了优化后热解法测试碳纤维表面上浆量的可行性e 关键词：碳纤维；表面上浆量；萃取法；热解法 中图分类号：TQ342.742文献标志码：A文章编号：1004-275X（2019）04-099-02 Studyonthemethods of measuring the carbon fiber surface sizing Du Tingting,Ding Yueli,Zhang Xinwei,Jiang Yixi,Ding Guangqiang （Zhong An Xin Technology Co.Ltd.,Langfang625000,China） Abstract：Thetwo methods of measuring carbon fiber surface sizing:extraction method and decomposition by pyrolysis were compared in the paper.Based on the date measured by extraction method, the test conditions of decomposition by pyrolysis was optimized.The following were the optimized test conditions of ecomposition by pyrolysis.The pyrolysis temperature was465!and the pyrolysis time was 10min in air atmosphere.Under these conditions,the surface sizing of the carbon fiber measured by the two methods was the same basically.Proving the feasibility of optimized decomposition by pyrolysis by experiment. Key words:carbon fiber;surface sizing;extraction method;decomposition by pyrolysis 上浆工序是碳纤维生产过程中要的表面[1-2]o测定碳纤维表面上浆量的要方法有两种：萃取法、热解法。对热解法测试条件进行了优化，证明了优化后热解法测试碳纤维表面上浆量的可行性，以e 1实验部分 1.1实验原料 经过上浆处理的碳纤维样品（T700SC-12K, T800HB-12K,T800SC-24K）、丙酮（分析纯，国药化试剂有限公司）e 1.2实验步骤 1.2.1萃取法 用分析取上浆碳纤维样品，盲为！。，取中。在中150mL的丙酮，中，温度为（85~90）!,度（6~7）min/,一 时， 1.5h后热。取样品，表面中100!中e 后的样品中，量，记为萃取法测定碳纤维表面上浆量的公式下： Q=（!。一！）/!°x100%（1）1.2.2热解法 称量预先恒重过的空绕线架质量，记为 在空上浆的碳纤维样品，，为!1，有上浆碳纤维的 中中，空气氛围下，温一定温度，一定时间，后取，为r2e热解法测定碳纤维表面上浆量的公下： Q=（!1一！）/（!1一！°）X100%（2）1.3表征测试 1.3.1热测试 取2~5mg的样品中，用公司的STA449F5步热分析进行测试，空气气氛下以15!/min的温30! 800!； 1.3.2分析测试 采用德国艾力蒙塔公司的vario EL cube型元素分析测试过萃取法和热解法两种方法处理后碳纤维样品的 1.3.3镜测试 取少量碳纤维样品粘在样品台上，用日本公司JSM-6510镜观察过萃取法和热解法两种方法后碳纤维样品的表 -99-
碳纤维 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气 碳纤维carbon fibre 含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈基碳纤维。 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。 1