碳纤维综述性论文1

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1、碳纤维综述性论文1碳纤维综述性论文摘要：碳纤维是指由有机纤维经碳化及冇墨化处理而得到的微晶石墨材料，是纤维屮含碳量在95%左右的碳纤维和含碳量在99%左右的石墨纤维。碳纤维是一种新型材料，木文主要论述了碳纤维的分类及性质、生产、制造、加工，并论述了碳纤维的改性以及用途和发展前景等。关键词：碳纤维、生产、加T、应用领域、发展趋势;前言：碳纤维（carbonfiber,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。它是由片状石墨微品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品石黑材料。碳纤维“外柔内刚”，质

2、量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并冃具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方而都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有木征特性，乂兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代増强纤维。•、碳纤维的分类按制作原料分：（1）纤维素基（人造丝基）（2）聚丙烯辄基（3）沥青基（各向同性、各向导性中间相）。按制造方法和条件分：（1）碳纤维（炭化温度在80（P160（rC时得到的碳纤维）（2）石墨纤维（炭化温度在2000〜300（TC时得到的碳纤维）（3）活性炭纤维（4）气相生长纤维。按性能分：（1）一般型（GP,在通电部件、耐热隔热体、滑动部分、耐腐蚀材料等领域使用

3、一般型。）（2）高性能型（IIP,其中高性能型分为高强型及高模型，通常大多数应用领域使用高性能型）在通电部件、耐热隔热体、滑动部分、耐腐蚀材料等领域使用一般型。按状态分：（1）长丝（2）短纤维（3）短切纤维。二、碳纤维的性质2.1碳纤维的物理性能优点：1）密度小，质量轻，比强度高。碳纤维的密度为1.5~2”cm3,相当于钢密度的1/4,铝合金密度的1/2。而其比强度比刚大16倍，比铝合金大12倍。2）强度高。其拉伸强度可达3000~4000MPa,弹性比钢大4~5倍,比铝大6~7倍。3）弹性模量高。4）具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度的升高

4、而下降，耐骤冷、急热，即使从儿千度的高温突然降到常温也不会炸裂。5）导电性好，25°C时高模量纤维为775uQ/cm,高强度纤维为1500uQ/cm。6）耐高温和耐低温性好。碳纤维可在2000°C下使用，在3000°C非氧化气氛下不融化、不软化。在-180°C低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依I口很柔软，也不脆化。缺点：耐冲击性较差，容易损伤。2.2碳纤维的化学性能优点：1）耐酸性能好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为50%的盐酸、硫酸、磷酸中，200天后其弹性模量、强度和直径基本没有变化；在50%浓度的

5、硝酸中只是稍有膨胀，其耐腐蚀性能超过黄金和钳金。2）此外，还有耐汕、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。缺点：在强酸作川下发生氧化，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而处理。三、碳纤维的制造及生产碳纤维是不能用碳作原料制造的，工业上制造碳纤维是以有机纤维作原料，在没有氧气的情况下经过高温处理转化而形成的。通常用以下儿种方法制得。（1）用纤维索制造碳纤维，--般是以人造丝做原料。（2）用聚内烯鼠纤维制造碳纤维，以纯粹的内烯鼠聚合而成，再经过特殊工艺得到连续纤维作原料。粘胶基碳纤维的生产：生产时，

6、首先将纤维置于氮等惰性气体中作低温（400度以下）稳定化处理，进行预氧化，然后在400度以上实现芳构化过程，获得石墨类结构，从而形成碳纤维和石墨纤维。这样一个热解碳化处理过程在五个温度阶段中实现。第一阶段:升温至50^150度，排出吸附水。第二阶段：升温至150~240度，纤维素环上的轻基将以水的形式脱除。第三阶段：升温至240^400度，键断裂，生成水，CO,C02,达到400度时，整个纤维索破坏，生成C4残链。第四阶段：升温至400^700度，通过芳构生成碳的六元坏，同时释放氢和甲烷等，再升温至900^1600度，即生成石墨类结构，形成碳纤维。

7、第五阶段：温度再升高，即形成沿纤维轴取向的乱层石墨成片，在温度升高至2200^2800度的石墨化温度时，形成石墨纤维，利用塑性拉伸，可使纤维的拉伸强度和初始模量大幅度提高。以、碳纤维的加工4.1原丝的选择条件：强度高，杂质少，纤度均匀，细旦化等。加热时不熔融，可牵伸，且CF产率高。常用的CF原丝：聚丙烯睛纤维、粘胶纤维、沥青纤维。4.2碳纤维的加工方法碳元素的各种同素异形体（金刚石、石墨、非品态的各种过渡态碳），根据形态的不同，在空气中在350°C以上的高温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的暗性气氛中（常压F）,元素碳在高温下不会熔融，但在3800

8、K以上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。碳纤维不能川熔融法或溶液法直接纺丝