论碳纤维材料的性能与应用

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1、20133659刘威碳纤维是一种新型非金属材料。碳纤维及其复合材料属于高新技术产品,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。它既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用。因此,近年来有关碳纤维的应用研究的发展十分迅速,在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用论碳纤维材料的性能与应用——材料科学基础中期论文论碳纤维材料的性能与应用摘要：本文总体阐述了碳纤维及其复合材料的特点，其良好的物理、化学特性，同时介绍了

2、碳纤维增强型材料的优点和使用环境，对碳纤维材料的发展历史进行了简单的介绍，以及如今其在各种现代化领域内的实际应用，同时说明了碳纤维复合材料的未来发展方向。关键词：碳纤维复合材料性能应用一、前言碳纤维主要成分为碳元素，是一种新型非金属材料。碳纤维及其复合材料属于高新技术产品,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。它既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用。因此,近年来有关碳纤维的应用研究的发展十分迅速,在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电

3、子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用。二、发展历史及国内外发展现状美国于20世纪50年代开始研究粘胶基碳纤维，1959年生产出了粘胶基纤维，这是最早的碳纤维产品。同一年，日本发明了制造碳纤维的新方法，即用聚丙烯腈基原丝制造碳纤维材料。之后，英国皇家航空研究院的研究工作，使聚丙烯腈基碳纤维成为碳纤维工业的主流。20世纪70年代中期，美国联合碳化公司研发了高性能沥青基碳纤维。同时，日本东丽公司于20世纪70年代初期，开始生产钓鱼杆和高尔夫球棒。1974年，美国把碳纤维用于网球和羽毛球拍，实现了碳纤维增强塑

4、料化。20世纪80年代，碳纤维广泛用于客机、航天飞机和人造卫星。随着社会和科学技术的发展，碳纤维的需求量以大约13%的速度逐年递增。我国在意识到碳纤维对军工和民用的价值后。于1975年召开全国第一次碳纤维复合材料会议，将碳纤维及其复合材料纳入国家科技攻关项目。经过四十多年的发展，我国碳纤维从无到有，取得了一定的成绩。但总的来说，我国碳纤维材料的研发和生产水平低，不能满足国内与日俱增的市场需求。目前，国内大部分企业的技术水平和设备水平低下，生产的碳纤维产品也在国际中下游水平。三、碳纤维的特性碳纤维与钻石一

5、样,是主要由碳元素组成的物质,具有以下特性:轻质高强,其比重为铁的四分之一,比强度为铁的10倍,尤其是高弹模量碳纤维,其抗拉强度比钢材大68倍,弹性模量比钢材大1.8～2.6倍。如日本东丽已开发出高强型T1000系列碳纤维,其抗拉模量为295GPa,拉伸强度达7.05GPa,而高强高模M5J型碳纤维,抗拉模量达640GPa,抗拉强度为3.62GPa;化学性能非常稳定,耐高温和低温以及耐腐蚀性高,在600℃高温下其性能保持不变,在-180℃低温下仍很柔韧,不与恶劣环境下酸、碱、盐发生腐蚀性反应;可加工性能

6、好,例如,由于碳纤维布质轻又可折可弯,可适应不同构件形状,成型很方便,可根据受力需要粘贴若干层,而且施工时不需要大型设备,也不需要采用临时固定,对原结构无新的损伤。此外,碳纤维的其他特性还包括高强度的X射线穿透性、较高的抗热、导电性及抗磨蚀性能等。一、碳纤维材料的应用4.1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。在20世纪80年代早期,

7、碳纤维作为结构材料开始被广泛地用在客机和航空飞行器,80年代中期,欧洲空客公司开始将碳纤维增强塑料(CFRP)作为首要的结构材料应用在它们的飞机上。2005年随着新型空中客机A350和波音787客机Dreamliner(也被称之为7E7)的投产,给碳纤维工业产生显著的推进作用。空中客机A350中复合材料用量已接近总质量40%,波音787的机翼和机身上使用的复合材料超过了50%。碳纤维也大量用于航天器的制造材料,如在人造卫星中它们被用作构件、太阳能板、天线和其它部件等。4.2体育运动领域碳纤维在运动领域的

8、三个主要用途是用于高尔夫球棒、钓鱼杆和网球拍框架的材料。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。碳纤维复合材料的一个重要的应用领域，即为体育休闲用品，其消耗量约占全球碳纤维总产量的20%左右。而简称碳纤维高尔夫球杆占应用于体育用品碳纤维总量的50%左右，市场前景好