碳纤维复合材料应用研究报告
摘要：本文对碳纤维复合材料的应用进行了综述，介绍了目前碳纤维复合材料的优异性能、国内外发展现状及趋势及在其所应用领域中的发展前景。同时，也指出了碳纤维复合材料在应用和发展中所存在的问题，并给出了解决这些问题的对策及建议。
关键字：碳纤维，复合材料，应用前景
1 前言
碳纤维复合材料是以碳纤维为增强体与树脂、陶瓷及金属等基体复合而成的结构材料。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90% 以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维除了具有十分优异的力学性能外，碳纤维还具有低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、穿透性高等优良性能[1]。基于此，到目前为止，用碳纤维与其他基体复合而成的先进基复合材料是目前用得最多，也是最重要的一种结构复合材料。
碳纤维复合材料与金属材料或其他工程材料相比有许多优良的性能，如表1-1所示[2]：
表1-1 各材料性能比较
通过比较可知，（1）碳纤维复合材料比强度是钢SAE1010（冷轧）的近20倍，是铝6061-T6 的近10倍；其比模量则超过这些钢和铝材的3倍。因此其具有高的比强度和比模量。（2）大多数碳纤维复合材料可通过设计增强纤维的取向及用量来对结构材料的性能实行剪裁，达到性能最佳。（3）碳纤维复合材料密度低，质量轻，能有效减轻构件重量。除此之外，碳纤维复合材料还有多选择性成型工艺、良好的耐疲劳性能及良好的抗腐蚀性等。
由于碳纤维复合材料具有优于其他材料的性能，世界各国都在大力发展碳纤维复合材料。2013年碳纤维复合材料总产值147亿美元，其中CFRP产值94亿美元，约占64%。碳纤维复合材料的需求万t，2020年预计需求量将达万t（图1-1），2010—2020年全球碳纤维复合材
料年均增长率都将超过11%[3][4]。
2016、2020年的需求量为预测值。
图1-1 2011—2020年全球碳纤维和碳纤维复合材料的需求量
其中，欧洲的碳纤维复合材料需求占全球市场的40 %，美国占25 %，中国占20 %，其他国家与地区的碳纤维复合材料占市场份额在15 %上下。其中中国市场对碳纤维的需求每年也在逐步增加，中国碳纤维复合材料市场需求如图1-2所示：
图1-2 中国碳纤维复合材料市场需求
2015年，碳纤维制造商日本帝人公司扩大碳纤维复合材料合作领域，其目标是将他们的热塑性碳纤维复合材料Sereebo应用到量产车的零部件上。美国运用基于Impossible Objects的复合型增强材制造出碳纤维零件[5]。2015年10月，宝马将推出全新碳纤维复合材料车，全新BMW 7系打造了Carbon Core高强度碳纤维,内核，碳纤维增强复合材料被用于加
固车顶横梁结构以及B柱和C柱、底部侧围、中央通道和后部支撑。与上一代车型相比，最大减重达130 kg[6]。随着世界各国对碳纤维复合材料的广泛应用，各国将会重视并大力发展碳纤维复合材料且其应用领域将更加广阔。
2 碳纤维复合材料的应用前景
碳纤维复合材料主要应用到航天航空、汽车、船舶、风力发电、运动休闲、土木建筑、压力容器等领域，其各个领域所占市场份额如图2-1所示[7]
图2-1 2014年全球各种碳纤维复合材料市场需求份额百分比在中国，随着航天航空、汽车、船舶、风力发电、运动休闲等大力的发展，碳纤维及其复合材料的应用占全世界1/4，航天航空、汽车、船舶、风力发电、运动休闲、土木建筑、压力容器等领域所占份额如图2-2所示。
图2-2 2014年中国各种碳纤维复合材料市场需求份额百分比
在航天航空领域的应用
通常，先进复合材料首先应用于航天航空等国防工业领域，然后随着技术的成熟，慢慢向民用领域发展。以高性能碳纤维复合材料为代表的先进复合材料作为结构、功能一体化材料，在民用飞机、导弹等航空航天领域发挥着不可估量的作用[8]。
民用飞机
碳纤维复合材料与钢材相比其质量减轻75 %，而强度却提高4倍，其在航空航天复合材
料上的使用，大大改善了大型商用飞机的燃油效率，空客A380、A400M 和波音787 中碳纤维复合材料的使用量均已超过50 %。其机身、机尾翼采用碳纤维层合结构，升降舵、方向舵保留碳纤维夹芯机构。大量应用复合材料获得的低油耗、高巡航速度使其得以实现更多的点对点不经停直飞航线。碳复合材料具有耐高温、抗磨损、比热容大等特点，是制造飞机制动装置的优异材料。用其制作的飞机制动盘同金属制动盘相比可节省40%的结构重量，使用寿命是金属制动盘的5～7 倍[9]。
．2 军用飞机及火箭
在20世纪80年代，碳纤维复合材料作为主承力结构材料在军用飞机的主翼、机身等部位使用。近几年随着碳纤维工业技术和航空航天事业的不断发展，碳纤维在这一领域的应用更加广泛，如用于制造人造卫星支架、卫星天线、航天飞机的机翼、火箭的喷焰口、战略导弹的末级助推器、机器人的外壳等[10]。
固体火箭发动机是各种导弹武器的主要动力装置，在其壳体应用碳纤维复合材料可大大减轻火箭和导弹的发射质量、节省发射费用，或携带更重的弹头、或增加有效射程和落点精度。由于战略导弹对自身结构质量的要求非常严格，采用先进碳纤维复合材料对提高精度、增大射程意义重大。发动机和弹头质量每减少1 kg，可使洲际导弹射程增大20 km，故碳纤维复合材料在导弹上的应用会极大提升战略导弹的作战性能[11]。
在汽车及一般工业的应用
碳纤维复合材料用于汽车部件上不仅可以实现汽车轻量化，而且在安全性与乘用舒适性等方面也有很大提高，因此越来越受到汽车工业的重视，对碳纤维复合材料的需求量也逐年增多（如图2-1）。很多汽车制造商生产的高档、豪华轿车几乎都开始试用或已经采用了各种碳纤维复合材料[12]。
图2-1 2004-2020年汽车领域对碳纤维复合材料的需求量（1）碳纤维复合材料应用于汽车车身、底盘及承力部件，在保证安全性的同时具有十分明显的减重效果。英国材料系统实验室的研究结果表明，在各种材料制造的车身中碳纤维复合材料是最轻的，尤其是与钢制车身相比，轻量化效果达53%以上。根据世界铝业协会的报告，汽车质量每减少10%，油耗可降低6%~8%，排放减少5%~6%，每降低消耗1 L燃油，将减
少 kg的CO2排放量，可见在汽车上使用碳纤维复合材料，提高燃油经济性，节能环保的作用非常明显[13]。
（2）碳纤维复合材料具有良好的抗冲击性和能量吸收能力，用于车身及其结构件具有良好的碰撞安全性。碳纤维复合材料质量仅有钢的50%左右，在碰撞时吸收能量的能力却是钢或铝的4~5倍，使汽车碰撞安全性显着提高[13]。
(3)碳纤维复合材料振动衰减系数大，吸振能力强，用于传动系统和发动机部件，不仅能减轻车的质量，还可以减少振动、降低噪声，从而增加乘坐舒适度[14]。除此之外，碳纤维复合材料还能省去复杂的金属模具、冲压、焊接及喷涂投资，降低综合生产成本。
在风力发电风轮翼方面的应用
随着风力发电设备的大型化，要求减轻
设备负荷，减少叶片变形，为此要求在主承
力件如轴和叶片某些部位采用适应于大型叶
片轻量化和高刚性化的碳纤维复合材料[15]。
碳纤维复合材料作为发电机叶片的首
选材料,可以提高叶片的捕风能力。用于对
材料强度和刚度要求高的翼缘部位,不但可
以提高叶片的承载能力,促进风力发电的发
展,而且碳纤维的导电性可避免雷击损伤. 图2-2碳纤维在风力发电风轮翼的应用
据分析,采用碳纤维叶片可减重20%~40%[16].
在土建领域的应用
在土建领域，使用碳纤维材料加固
结构的主要目的是提高建筑工程承载能
力或改善其功能。
目前，建筑工程中广泛使用的碳纤
维及其复合材料产品具有多种形式，常
用的碳纤维筋、碳纤维索、碳纤维型材
以及衍生出的碳纤维复合材料构件和结
构等（如图2-3）。其中，碳纤维筋主要
用于混凝土结构中替代钢筋，在腐蚀环
境下可以减少因钢筋锈蚀所产生的结构
损伤或破坏，提高结构寿命。碳纤维索
主要用于桥梁等大跨度结构建设中的拉
索或吊索，也可以用于锚索，用以减轻图2-3 碳纤维筋索栅栏管制品
结构自重、提高抗拉能力、改善耐久性等。碳纤维型材以及衍生出的碳纤维复合材料构件和
结构主要用于制造结构受力构件或局部结构单体，以改善构件和结构的性能，适应不同环境或工况要求，还可以利用碳纤维材料的优良性能形成多样化的新型、智能结构[17]。
在运动休闲领域的应用
出于对安全、减重的需要，碳纤维复合材料用于生产自行车、钓鱼竿、冲浪板、滑雪板、高尔夫球杆、羽毛球拍和网球拍等，是我国目前消耗量最大的碳纤维应用领域。用碳纤维复合材料制成的高尔夫球棒可减轻重量约10% -40 %。由碳纤维复合材料制成的钓鱼竿竹竿要轻得多，使其在撒竿时消耗能量少，而且撒竿距比后者远20% 左右，且刚性大，钓鱼竿在弯曲之后能迅速复原使其传递诱饵的感觉较为灵敏[18]。2013年碳纤维复合材料在运动休闲领域产值达亿美元，其中高尔夫杆等产品产值亿美元，占38%，网球和羽毛球球拍占21%，自行车占14%。运动休闲用碳纤维消耗量最大在亚洲，特别是中国，高尔夫球杆、网球拍、钓鱼竿、自行车架、船桨、公路赛车等都用到碳纤维。由于成本问题，制约碳纤维在该领域的快速发展，预计2015年全球运动休闲领域对碳纤维需求增长依然保持在4%左右[19]。
其他领域的应用
（1）压力容器方面：压缩的液化天然气具有成本低、效益高、无污染和使用方便等特点，在生活燃料、汽车动力等领域有着广泛的应用。碳纤维复合材料产品具有轻质高强、耐疲劳性能更好、耐破损安全性佳以及减震性能优等特点，故其推广和应用越来越受到重视。丰田公司也将于2015年发售燃料电池车。此外，新能源页岩气罐也用碳纤维复合材料制造。
（2）深海石油平台：深海采油，由于海上空气湿度大，海水的盐碱度高。而传统金属石油平台质量大、耐腐蚀性和抗疲劳性能较差。如果不能及时对金属石油平台进行维护，则可能在采油过程中发生事故。碳纤维复合材料有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温等优异性能,凭借此优异性能，碳纤维复合材料可以在此方面实现其应用价值。
（3）高速铁路：高速加超重不光消耗巨大的能源，更大幅度增加了轨道设施的基础建设成本。所以，高铁的轻量化势在必行。国际上各大高铁技术公司都在研制高铁用碳纤维复合材料，诸如转型架、车头、地板等部件的开发，国外均有碳纤维复合材料的研发。
3 碳纤维树脂基复合材料存在的问题及改善对策
（1）组织技术攻关。碳纤维复合材料生产工艺流程长、技术关键点多，是多学科、多技术的集成。在国内起步较晚，可采用消化吸收引进技术与自主创新相结合办法，尽快实现规模化工业生产。首先必须解决原丝质量问题，同时还需要加强预氧化、碳化、石墨化设备及表面处理工程技术研究开发，并重点解决T300级等中低端碳纤维产品稳定性，加快T700系列、T800系列等中高端碳纤维产品产业化及高模量碳纤维研发。
（2）价格是制约碳纤维复合材料发展的主要因素。世界上碳纤维复合材料生产厂商都在致力于降低碳纤维生产成本。在保证质量的基础上降低成本，许多工业应用才有实用价值。
为广泛应用创造了条件，才能带来碳纤维工业的高速发展。降低成本的主要措施有降低碳纤维的成本及新型节能技术及装备的采用等。
（3）碳纤维复合材料的应用难度大。碳纤维复合材料的应用具有设计—制造—应用一体化的特点，碳纤维每一个中间产品或复合材料产品的应用，都需要专有技术、专门的设备、专用的树脂，都需要生产企业和应用企业点对点定向开发。
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阅读文章，回答问题。 碳纤维复合材料 ①2018年11月6日，两年一度的珠海航展上，中俄合作研制的280座远程宽体客机CR929，以1：1的展示样机首次亮相国际航展。在这款最新一代的大型飞机上，复合材料的使用比例有望．．超过50%。同样，在去年5月5日首飞的C919大客机上，使用的复合材料占到飞机结构重量的12%。这里的复合材料，主要就是碳纤维复合材料。 ②碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必 不可少的战略基础材料。它不存在腐蚀生锈的问题。由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，质 量小，动力消耗少，可节约大量燃料。 ③碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具 实现“轻量化”的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的结构重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。碳 纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大。它的重量仅相当 于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。 ④随着航空航天、汽车轻量化、风电、轨道交通等行业领域对碳
纤维的需求爆发，碳纤维工业应用开始进入规模化生产。业内预测， 预计到2020年，全球碳纤维需求量将超过16万吨，到2025年，将超过33万吨。面对如此巨大而重要的市场，国内企业既要通过掌握 关键技术来实现碳纤维的稳定批量生产和大规模工程化应用，同时也要瞄准国产新一代碳纤维及其复合材料及早研发和布局，2016年2月15日，中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。2018年2月，中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线，这标志着我国已经牢牢站稳全球高端碳纤维市场的一席之地。 101．阅读选文第①段和第③段，回答问题。 （1）选文第①段加点词“有望”能删去？请说出理由。 （2）选文第③段画线句运用了哪些说明方法？有何作用？ 102．随着科学技术的发展，请你设想一下生活中将会有哪些碳纤维 复合材料的产品。 【答案】 101．（1）不能删去，“有望”是有希望的意思，说明“在这款最新 一代的大型飞机上，复合材料的使用比例”未来有希望超过“50%”，该词体现了说明文语言的准确性和科学性。 （2）列数字、作比较，具体准确地说明了碳纤维作为汽车材料，最 大的优点是质量轻、强度大。 102．碳纤维复合材料制成的羽毛球拍、登山器械等体育休闲用品； 汽车、地铁等交通工具；以及碳纤维复合材料制成的衣服、家具等日
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 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[1~3].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.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?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;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e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;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势 自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。 1、国外碳纤维产业现状及发展趋势 1）产业方面 根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒
性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。 PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了三家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外，中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中，其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地，目前已形成11000～12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力，并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨，2020年扩大至50000吨。另外，Hexcel
碳纤维材料的性能及应用 摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民 用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。 关键词：碳纤维性能应用 0引言 碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料 碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、
·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝
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2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景 预测分析 (最新版报告请登陆我司官方网站联系) 公司网址: https://www.doczj.com/doc/e99543954.html, 1
目录 2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 (3) 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 (3) 一、未来碳纤维复合材料发展分析 (3) 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 (3) 2、自动化生产 (3) 3、大规模生产 (3) 4、碳纤维复合材料废旧部件的再生回用技术 (4) 三、总体行业“十三五”整体规划及预测 (4) 第二节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业市场前景分析 (4) 一、产品差异化是企业发展的方向 (4) 二、渠道重心下沉 (5) 2
2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 一、未来碳纤维复合材料发展分析 碳纤维复合材料作为新兴的非金属材料具有广阔的应用前景。首先其广泛的应用于航空、航天等军事领域，并随着在军事领域应用的不断深入，相关的制造及使用技术日臻成熟，从而带动了碳纤维复合材料在民用领域应用的极大发展，主要应用在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等方面，并正在快速的取代传统金属材料成为结构用材的首选。 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 1、3D打印成型技术 3D打印技术技术是有望成为高效低成本制备各种碳纤维复合材料结构部件的创新工艺，为此近年来企业界、大学、科研院所、政府机构等，都在安排研发和改进3D打印技术，并取得了产业化成果。以往制备塑料和金属的3D打印机部件，能耗较高，尺寸有限，而应用于碳纤维复合材料时，不仅部件强度与刚性可提高，还可提高导热性和降低热膨胀系数，因此无需使用炉子，可消除所有尺寸限制。 2、自动化生产 汽车生产厂家现都采用机器人组装相对小和固定形状的部件，但这些机器人并不能加工大型碳纤维复合材料部件，因为这些部件缺乏形状固定性，因而多采用手铺制造和热压罐固化。如何加工大型碳纤维复合材料是未来重要的技术开发方向之一。 3、大规模生产 5年前日本公司在市场上导入了“Sereebo”长碳纤维增强热塑性树脂（CFRTP），并与GM汽车公司等合作开发其潜在市场。其中碳纤维的分布和取向是可控的，基材的各向同性可保持到最终部件，成型时间只有60s，它比铝合金轻20%～30%，并具有更好的耐疲劳性和抗冲击性而价格略高些，适用于汽车结 3
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、
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人
碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增
近几年来，随着低碳环保意识、高新技术的不断发展，尤其是当前汽车轻量化的发展环境中，碳纤维复合材料（CFRP）凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性，成为了当下汽车产业的原材料首选，在汽车上的应用日渐普及。本文将对碳纤 维复合材料（CFRP）所具有的特性、及其在汽车行业的运用情况进行了深入探讨，力求为碳纤维复合材料（CFRP）的未来运用提供一定的参考。 0 引言 随着社会经济的快速发展，低碳节能、高效低成本已经成为各个行业市场竞争的必然选择，低碳环保、节能减排也是当前政府非常重视与强调的，尤其是工业生产与汽车产业。在政府、社会相关宣传与个人环保意识不断提升的推动下，汽车等相关领域不断创新与发展，为新型 低成本三维复合材料带来发展契机。碳纤维复合材料不仅具有良好的性能，诸如：超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等，在提升性能方面具有不可替代作用，还能降低车身的总体成本，非常有利于汽车赢得消费者的青睐并抢占更多的市场份额。碳纤 维复合材料在汽车车身中的运用已经成为世界各国争相发展的一门关键技术，尤其是具有成 熟汽车产业市场的欧美国家与日本，这些国家各大车厂在进行汽车生产的过程中都大量选用 了碳纤维材料，实现优化车体结构、降低汽车车身生产成本以及提高汽车性能的目标。 本文将深入探讨碳纤维复合材料的特性及其在汽车行业运用现状，结合碳纤维复合材料在 汽车行业中的运用实例，分析碳纤维复合材料所具有的优势，展望碳纤维复合材料在汽车行 业中的运用前景。 1 碳纤维复合材料《CFRP）介绍 1.1碳纤维复合材料概念 碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新 型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处 理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且 具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可 加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称 碳纤维复合材料。 1.2碳纤维复合材料的特征 （1）超强抗拉弹性 碳纤维复合材料具有超强抗拉弹性，通常情况下高于3 500 MPa、这种强度是钢铁的7倍。另外，不但抗拉弹性远远高于钢，其比模量也远远高于钢。 （2）耐高温、耐腐蚀 相较于其他的材料而言，CFRP具有轻量化、刚强、柔韧性外，还具有耐高温、耐腐蚀、 耐疲劳等超强性能。除此之外，独特的碳结构让其拥有大面积的整体成型特征，同时，它还 拥有良好的稳定性与设计可塑造性，正是这些独有的特征让其可以在车轻量化实现线性增长。 （3）能量吸收性能优越 优越的能量吸收性能是CFRP材料在汽车中被广泛运用的主要原因。CFRP材料是同类的 钢质零部件质量的一半不到，是同类铝制零部件质量的70％左右，质量轻，还能抵抗更大的 冲击，足见CFRP材料的优越性。 1.3碳纤维复合材料发展历史与发展现状 从20世纪70年代开始，CFRP材料开始受到世界各国相关研究人员的关注。在国内的发
碳纤维及复合材料的种类、制备及应用 杨晨材研0906 （北京化工大学材料学院，100029） 摘要：本文主要陈述总结了复合材料及其碳纤维的种类、制备及应用方面的相关知识。 关键词：碳纤维；复合材料；种类；制备；应用 1.复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。具有比强度高，比模量高，剪切强度和剪切模量高，高温性能高，耐热性高等特性广泛应用于各个领域。 1.1种类 复合材料按其性能高低可分为常用复合材料和先进复合材料；根据其用途可分为结构复合材料和功能复合材料；按照复合方式可分为宏观复合材料和微观复合材料。根据不同增强体形式可分为纤维复合材料、颗粒复合材料、片材复合材料和叠层复合材料。还有，可以根据基体材料的不同细分为：聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料。本文主要以基体材料的细分方式介绍复合材料的制备及其应用。 其生产流程见图1.1。 图1.1 复合材料制品的生产流程图 1.2聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是聚合物或俗称树脂作为基体与粒状、片状、纤维状填充组分作为增强体的复合材料。按基体的不同还可以分成热固性树脂基、热塑性树脂基和橡胶基。
1.2.1制备 其主要制备方法有：预浸料、手糊成型工艺、喷射成型、袋压成型、模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、熔融流动成型、增强反应注射成型和树脂传递模塑。 1.2.2应用 聚合物基复合材料在建筑、化学、交通运输、机械电器、电子工业及医疗、国防、航天航空及火箭等领域都有广泛应用。如手糊成型制得的广播卫星抛物面天线、太阳能电池帆板；纤维缠绕成型可制得雷达罩、火箭发动机壳、压力容器；模压成型制得的整体浴室和汽车保险杠等等。 1.3金属基复合材料 金属基复合材料是以金属、合金和金属间化合物为基体，以无机纤维和金属间化合物等为增强体，通过浸渗、固结工艺制成的复合材料。根据其基体的种类可细分为轻金属基、高熔点金属基和金属间化合物基。 1.3.1制备 金属基复合材料的主要制备工艺方法有：固相法、液相法和原位复合法。固相法主要有粉末冶金、固态热压法、热等静压法；液态法主要有真空压力浸渍法、挤压铸造法；原位复合法主要包括共晶合金定向凝固、直接金属氧化物法、反应生成法。 1.3.2应用 金属基复合材料主要可应用于航天、航空、汽车、医疗、体育用品等领域。如航天飞机中段主机身的B/Al关键桁架、臂状支柱；齿轮；高尔夫球杆击球头及各种支架等等。 1.4无机非金属基复合材料 无机非金属复合材料主要有陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和碳基复合材料。 1.4.1陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料是以陶瓷材料为基体，并以陶瓷、碳纤维和难熔金属的纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体，通过适当的复合工艺所构成的复合材料。主要可细分为高温陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料和玻璃陶瓷基复合材料。 其制备工艺主要有：粉末冶金法(颗粒）、浆体法（液体法）、热压烧结法、液态浸渍法、直接氧化法、溶胶-凝胶法、化学气相浸渍法（CVI）、先驱体转化和反应熔融浸渗（RMI）等。 陶瓷基复合材料可应用于切削工具方面及航空航天领域的研究。如刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强炭化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。
国内外碳纤维企业大汇总 分享到：0分享到微信朋友圈打开微信。点击“发现”， 使用“扫一扫”即可将网页分享至朋友圈。 发布日期：2016-08-09 17:59 来源：碳纤维资讯世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国等少数发达国家和我国的台湾省。 碳纤维原丝原料主要有三种：粘胶丝、聚丙烯腈、沥青。 其中，以聚丙烯腈为原料的碳纤维占市场份额75%，技术主要集中在日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝，美国的ZOLTEK、阿克苏、ALDILI 等手中。 国际上，碳纤维最大生产商东丽、东邦人造丝、三菱人造丝的产量合计占全球产量的一半。 今天为大家盘点一下国内外的碳纤维企业。 1. 日本东丽工业株式会社 日本东丽株式会社设立在日本东京中央区日本桥，创立于1926年1月，是一家以合成纤维，合成树脂起家，现设计涵盖各种化学制品，信息相关素材的大型化学企业。 公司主要生产尼龙、聚氨酯、长丝纱丙烯酸纤维、短纤维、聚酯纤维、丙烯酸纤维、人造纤维与塑料产品原材料、碳纤维、碳纤维合成材料以及注塑产品等。 2. 日本东邦人造丝公司 东邦人造丝公司成立于1950年7月，本部位于东京都中央区日本桥3-3-9西川大厦，主产丙烯酸、人造丝，PAN系碳纤维等。 3. 日本三菱丽阳株式会社 三菱丽阳株式会社是日本最大的腈纶纤维生产商，该公司主要生产化学品，塑料和纤维。除了主要acryrilic纤维外，三菱人造丝也是一种高尔夫球杆顶部材料。 4. 美国卓尔泰克公司 美国卓尔泰克公司（Zoltek）是世界领先的碳纤维生产厂家，年产13000吨碳纤维，及4000吨予氧丝。 碳纤维广泛应用于风力发电，基础设施等。公司还生产碳纤维予浸料，多轴布，符合各种工程塑料用的短切碳纤维，预氧丝。 5. 台湾塑料工业股份有限公司 公司成立于１９５４年，在纤维制品方面，包括亚克力棉、碳素纤维，其中亚克力棉年产能
碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/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l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，
--] 诺贝尔学术资源网->材料资源->《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向[打印本页] 登录->注册->回复主题->发表主题 romanceliu 2008-01-15 17:37 查看完整版本: [-- 《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向 一．国外情况 １９９６年世界碳纤维生产能力１５０００ｔ，实际产量约１００００ｔ左右，其中日本约占６０％。日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发，东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在世界市场上的主导地位，并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。 随着航空航天飞行器各项性能的不断提高，对结构件用材料的性能要求也越来越高。今后日本先进复合材料的发展方向是：在增强材料方面，进一步提高碳纤维的强度和模量，降低成本；在树脂基体方面，主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性；在复合材料成型技术方面，进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术，从而同时提高复合材料性能降低制造成本。 美国是碳纤维生产大国，更是消费大国，世界碳纤维４０％以上的市场在美国。美国１９９６年碳纤维生产能力约为４５００ｔ，其中卓尔泰克（ＺＯＬＴEＫ）公司１９９７年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了５条碳纤维生产线，１９９７年的总生产能力达３０００ｔ左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。 它的产品有许多特色，最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。该公司生产的碳纤维价格已降至１７.６４＄/ｋｇ，而日本东丽同类产品大约３０＄／ｋｇ。在应用方面，美国摩里逊（Ｍｏｒｉｓｏｎ）公司为达纳（Ｄｃｎａ）公司生产汽车传动轴，供通用汽车公司用；采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件，与钢材料相比，可减重６０％。美国斯道顿复合材料公司（Ｓｔｏｕｇｈｔｏｎ）开发碳纤维复合材料集装箱，重量轻、耐磨，在碳纤维价格降至１７.６＄/ｋｇ时，此集装箱的价格可与金属集装箱竞争。
碳纤维复合材料的特性与应用现状 摘要：本文主要阐述了碳纤维复合材料的独特的力学，耐腐蚀性，界面结合强度，吸波性等优良性能，进一步总结了碳纤维复合材料的应用领域的研究,最后指出了碳纤维复合材料未来发展的趋势并对其发展与应用前景进行了展望。 关键词：碳纤维复合材料性能应用 前言 碳纤维(Carbon fiber，简称CF)是含碳量高于90%的无机高分子纤维，是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，也是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。作为优异的增强体，高性能碳纤维的加入能大幅提高材料的强度、模量、阻尼、减振性能、低热膨胀导电导热性好系数等优异性能，碳纤维增强复合材料(CFRP)是目前最先进的复合材料之一，在风力发电[1]、航空航天[2,3]、汽车[4]、建筑[5-7]、计算机[8]、空间光学结构[9]等领域有诸多的应用，逐渐成为现代高新技术领域最有应用前景的一种复合材料。 1碳纤维增强复合材料的特性 碳纤维增强复合材料(CFRP)由于与传统材料相比具有独特的力学性能，电阻特性，耐磨损性，界面结合强度，吸波性等优良性能，在国内引起了广大科研工作者的兴趣和喜好，并在近今年取得了很多成就。 1.1强度 金属材料在外载荷的作用下抵抗塑形变形和断裂的能力称为强度。根据受力种类的不同分为以下几种：(1)抗压强度--材料承受压力的能力；(2)抗拉强度--材料承受拉力的能力；(3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力；(4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力。本文将进行简单的阐述。 1.1.1抗拉强度
由连续增强碳纤维和树脂基体组成的复合材料-碳纤维增强复合材料（CFR P）与传统加固材料相比，CFRP具有抗拉强度高、自重轻、施工方便等优点[10]。 罗小萍等[11]对炭纤维进行了表面化学镀镍处理，采用粉末冶金热挤压法将镀层炭纤维与镁基体复合，当炭纤维含量为4.0%的镁基预制体采用压制压力为42 0MPa，烧结温度为550℃，保温0.5h后，480℃用280 MPa的压力进行热挤压得到镀层炭纤维/镁基复合材料的抗拉强度达167MPa，同时硬度、屈服强度分别为120MPa，125MPa。 1.1.2弯曲强度 艾娇艳等[12]将碳纤维增强聚碳酸酯(PC)与玻璃纤维增强聚碳酸酯(PC)复合材料性能对比进行了研究，发现碳纤维增强PC在机械性能、电性能和加工性等方面有明显的提高。随着碳纤维含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势。 龚伟平等[13]采用溶胶-凝胶法在炭纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过球磨混合均匀、热压烧结制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料，用三点弯曲法测试复合材料的弯曲强度。结果表明，球磨时间影响羟基磷灰石中炭纤维的长度及其分布，球磨时间以2.5 h为宜。表面涂层TiO2的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度比未涂层的高，尤以用丙酮除胶、盐酸与水量比例为1.0:8进行TiO2涂层，得到的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度最高。在炭纤维表面均匀涂覆一层厚度合适TiO2薄膜有利于提高炭纤维增强羟基磷灰石复合材料的力学性能。 1.1.3抗压强度 项东虎等[14]采用直碳纤维和螺旋碳纤维增强PTFE 复合材料，发现直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势，螺旋碳纤维增强复合材料的硬度则缓慢提高，两种纤维均可使抗压强度提高，且螺旋碳纤维的效果更为明显。1.2断裂韧性 高弹性模量的碳纤维对材料既能增强，又可显著增韧。碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高界面断裂韧性[15]；在水泥砂浆中掺入碳纤维可显著提高水泥砂浆的断裂韧度和断裂能，且随着碳纤维掺量的增加，断裂韧度和断裂能随之增大[6]，水泥基材料的密度和弹性模量降低、泊松比也随之增加[16]；采用碳纤维填充改善聚四氟乙烯( PTFE)，大大改善了纯PTFE 的塑
开发指南 精细化工原料及中间体2012年第6期 1前言 碳纤维复合材料自20世纪50年代面世以来，以其独特的性能，主要用于火箭、航天、航空等尖端科学技术，随着碳纤维复合材料性能的不断完善和提高，目前在土木建筑、石油工业、汽车工业、体育器材等领域得到广泛应用。 2碳纤维复合材料的性能 碳纤维是由碳元素组成的特种纤维，其含碳量一般在90%以上。在纤维增强材料中碳纤维是发展最迅速、应用范围很广、适于不同领域要求的纤维材料。 碳纤维材料基本性能如下：密度小、质量轻，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；强度、弹性模量高，其强度比钢大4～5倍，弹性回复100％；具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ·cm -1，高强度纤维为1500μΩ· cm -1；耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不 融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓HCl 、H 3PO 4、H 2SO 4 等侵蚀。 3碳纤维复合材料的应用3.1土木建筑领域的应用 水泥在土木建材领域中用量最大，但水泥也有诸如脆性大、抗拉强度低等缺点，而现在用混凝土或水泥做基体制成的碳纤维增强复合材料，强度高、模量大、比重小、耐碱腐蚀，克服了水泥的缺点，在土木建筑应用中日益受到重视。用碳纤维取代钢筋，可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用，使建筑构件重量减轻，安装施工方便，缩短建筑工期[1]。 碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。日本、欧美国家将碳纤维复合材料片用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物[2]，此外在增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上都获得了较大的应用。 3.2航空航天领域的应用 航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载 Application of Carbon Fiber Composite Materials CHEN Shijie （ChangZhou LGJ Vocational Technology College ，Changzhou 213004,china ） Abstract:The properties of carbon fiber composites and the development and application of carbon fiber composites in Bridge reinforcement,Aerospace and Aviation industry,oil industry were presented in this paper. Keywords:carbon fiber;composites;application 碳纤维复合材料的应用 陈士杰 （常州刘国钧高等职业技术学校江苏常州213004） 摘要：本文概述了碳纤维复合材料的发展和性能，简要介绍了碳纤维复合材料在土木工程、航空航天、石油工业等方面的应用情况。 关键词：碳纤维 复合材料 应用 20--