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1、2004年第5期玻璃钢/复合材料49高性能纤维的发展和应用熊佳,黄英,王琦洁(西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安710072)摘要:科技的发展要求材料的性能不断提高,高性能纤维材料得以广泛应用。本文论述了目前已实现工业化生产的高性能碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维的性能、开发现状和在航空航天、工业及体育用品领域的应用情况。关键词:高性能纤维;发展;应用中图分类号:TQ342文献标识码:A文章编号:1003-0999(2004)05-0049-04随着科技的不断发展,尖端科技工业部门对纤箭、卫星、导弹、飞机等高技
2、术领域,在汽车、机械、化[1]维材料提出了更高的要求,高强度、高模量和耐高温工、体育、医疗等行业的用途也日益扩大。的纤维已成为迫切需要发展的新材料。高性能纤维111碳纤维发展现状是指具有高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、耐气如表1所示,日本在宇航级小丝束碳纤维生产候等性能的纤维。它是近年来纤维高分子材料领域上占绝对优势。2002年世界高性能碳纤维的生产发展迅速的一类特种纤维,其应用十分广泛。高性能力为311万t,小丝束碳纤维约为213万t,占3/能纤维的强度一般大于215GPa,模量高于55GPa。4。大丝束碳纤维约为
3、018万t,占1/4。日本东丽高性能纤维是先进复合材料的重要增强材料,由于(TORAY)、东邦(TOHO)和三菱(MRC)公司的高具有高强度、高模量、优异的物理性能、化学稳定性性能小丝束碳纤维生产能力为1175万t,占世界高等,世界各国对发展高性能纤维予以高度重视。高性能小丝束碳纤维总生产能力的3/4。3家公司基性能纤维及其复合材料已广泛应用于航空航天、工本上控制了世界高性能小丝束碳纤维的生产。聚丙业及体育用品等领域。烯腈(PAN)基大丝束碳纤维的世界总生产能力为1碳纤维8145t,福塔菲尔(PORTAFIL)、爱斯奇爱
4、尔(SGL)、碳纤维是指化学组成中碳元素占总质量90%卓尔泰克(ZOLTEK)和阿尔迪拉(ALDILA)公司垄[2]以上的纤维。以聚丙烯腈(PAN)纤维为碳纤维原丝断了世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产。实现工业化生产始于20世纪60年代,目前工业化表12002年世界小丝束碳纤维生产能力/t生产应用的碳纤维原丝大多数为PAN纤维。PAN生产厂商TORAYTOHOMRCHEXCELAMOCO其他总计纤维经过预氧化、碳化或进一步石墨化、后处理即可年生产能力72455535468019801890179023230得到碳纤维产品
5、。高性能碳纤维是一种强度比钢大、比重比铝小的新型材料,其比重在115～210g/T2300碳纤维是小丝束碳纤维的主要品种,到3目前为止T2300碳纤维已累计生产超过115万t,已cm之间。碳纤维具有类石墨的化学结构,使用温度达2000℃。碳纤维有很高的抗拉强度,其抗拉强广泛应用于航空航天工业。但从发展来看,T2300度是钢材的2倍、铝的6倍,碳纤维的模量是钢材的将逐步被T2700S取代,这是因为T2700S的抗拉强7倍、铝的8倍。碳纤维尺寸稳定,刚性好,并且具度达4900MPa,性能比T2300提高了约40%,而价[3]
6、有自润滑性,摩擦系数小,耐磨性好。在不接触空气格只增加了不到10%。或氧化气氛时,碳纤维具有突出的耐热性。碳纤维大丝束碳纤维是指每束碳纤维的根数大于48K的热膨胀系数小,热导率高,并随温度升高而下降。的碳纤维,而1K、3K、6K、12K和24K的碳纤维则在1500℃时其热导率为常温时的15～30%。碳纤称为小丝束碳纤维。大丝束碳纤维与小丝束碳纤维维由碳元素组成,不燃烧,化学稳定性好,具有较好相比有很多优点。采用商品化的民用聚丙烯腈丝作的耐化学性。与树脂、橡胶、陶瓷、玻璃、金属复合后为制备大丝束碳纤维的原丝具有价格低、高性
7、能和可制做各种结构材料和绝热材料,应用于宇航的火高性价比。因此,现在大丝束碳纤维得到广大厂家收稿日期:2004206230作者简介:熊佳(19802),男,在读硕士研究生,主要从事复合材料的研究。FRP/CM2004.No.550高性能纤维的发展和应用2004年9月的重视,生产技术取得很大进展,成为碳纤维系列最电磁屏蔽性能、高导电性和高导热性,可应用于电子具有市场潜力的品种。其产量也将很快超过宇航级工业。用碳纤维增强水泥不仅可以增加其强度和刚小丝束碳纤维。度,还可以解决锈蚀问题,广泛地应用于基础建研究制备碳纤维的新技术是
8、国外碳纤维研究的[5]设。重点,特别是低成本碳纤维制备技术。总的来讲,制2芳纶纤维备碳纤维的新技术可归纳为三大方面:①研究发展211发展概况廉价原丝。在高性能碳纤维成本中原丝所占的比例芳纶纤维即芳香族聚酰胺纤维,是以芳香族化为40～60%,因此研究发展廉价原丝是降低碳纤维合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。主要品种成
