第一篇：碳纖維資料總結(jié)

讀《碳纖維及石墨纖維》總結(jié)

一、碳纖維和石墨纖維的發(fā)展概況

1.研究碳纖維的先驅(qū)：

1860年，英國(guó)人約琴夫?斯旺（J.Swan）用碳絲制作燈泡的燈絲，早于美國(guó)人愛迪生（T.A.Edsion）。斯旺未能解決燈泡的真空問題，愛迪生解決的真空問題。斯旺提出利用孔口擠壓纖維素成纖維技術(shù)，為后來的合成纖維提供啟示。2.聚丙烯腈基碳纖維的發(fā)明者：

進(jìn)藤昭男（日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所）從事碳素的崩散現(xiàn)象和崩散素膠狀粒子的研究以及反應(yīng)堆所用碳材料中微量彭元素的去除。

進(jìn)一步，他研究了民用腈綸在一些列熱處理過程中物性和結(jié)構(gòu)的變化，即開始研制PAN基碳纖維。研究結(jié)論是PAN纖維需要經(jīng)氧化處理才能得到碳纖維，確定了制取PAN基碳纖維的基本工藝流程，即氧化和碳化。但未能制造性能好的碳纖維。

英國(guó)人瓦特（W.Watt）在預(yù)氧化的過程中施加張力牽引打通了制取高性能碳纖維的流程工藝，從此牽伸貫穿于氧化和碳化的始終，成為制造碳纖維最重要的工藝參數(shù)。

目前，牽張力已細(xì)化和量化，在不同熱處理過程中施加適量的牽張力，以滿足結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。3.從東麗公司碳纖維發(fā)展歷程看原絲的重要性：

日本東麗公司在碳纖維的質(zhì)量和產(chǎn)量均位于世界之首。公司發(fā)展啟示：原絲是制取高性能碳纖維1962年，公司采用民用腈綸為原絲，但生產(chǎn)不出質(zhì)量較好的碳纖維。

1967年，研究適合制造碳纖維的共聚原絲，把提高PAN（聚丙烯腈）原絲質(zhì)量放在第一位。目前主要經(jīng)營(yíng)T300（碳纖維，300為拉伸強(qiáng)度3Gpa），M40（石墨纖維,拉伸模量40Gpa）。1981年，波音公司提出高強(qiáng)度、大伸長(zhǎng)的碳纖維需求，制造大型客機(jī)的一次結(jié)構(gòu)材料。1984年，東麗公司成功研制T800，滿足波音公司需求。1986年，研制T1000；1992年，研制了M70J。

目前，T800H已經(jīng)是制造大飛機(jī)（A380和B787）的主要增強(qiáng)纖維。T1000是碳纖維中拉伸強(qiáng)的前提。

度最高、斷裂伸長(zhǎng)最大的碳纖維。M70J的拉伸模量最高達(dá)到690Gpa，是目前PAN基石墨纖維中最高的纖維。碳纖維的單絲截面的SEM圖從腎形（1976）變?yōu)閳A形。圓形（2006）的碳纖維成為碳纖維質(zhì)量的指標(biāo)之一。

4.我國(guó)PAN基碳纖維的研究：

起始于20世紀(jì)60年代中期，中科院山西煤炭化學(xué)研究所于1976年建成我國(guó)第一條生產(chǎn)線。整經(jīng)加捻送絲機(jī)（100束）->1#預(yù)氧化爐170~220℃和牽伸5%->2#預(yù)氧化爐220~240℃和牽伸1%->3#預(yù)氧化爐240~270℃和牽伸0%->低碳爐400~700℃->高碳爐1250℃->浸膠槽->紅外燈烘干->收絲機(jī)（100束）。加工后碳纖維的拉伸強(qiáng)度為2.8Gpa，拉伸模量為250Gpa，斷裂伸長(zhǎng)率為1.5%。為了提高碳纖維的拉伸強(qiáng)度，當(dāng)時(shí)采用補(bǔ)強(qiáng)處理。實(shí)驗(yàn)表明碳纖維的拉伸強(qiáng)度越低其補(bǔ)強(qiáng)效果越好。補(bǔ)強(qiáng)可填補(bǔ)表面缺陷，有利于強(qiáng)度提高。但補(bǔ)強(qiáng)后的碳纖維，其表面會(huì)生成晶須和熱解浮碳，這便不利于復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的提高。故補(bǔ)強(qiáng)工藝已經(jīng)淘汰。

和國(guó)外的差距主要體現(xiàn)在：PAN原絲的質(zhì)量不過關(guān)，強(qiáng)度低，伸長(zhǎng)率的分散性太大，很難用同目前，國(guó)內(nèi)碳纖維的生產(chǎn)大部分采用亞砜一步法。

目前，面臨的問題。自動(dòng)化水平低；耗能大；低溫碳化爐的焦油多，影響生產(chǎn)周期；生產(chǎn)環(huán)境要一預(yù)氧化條件來氧化處理。

清潔；嚴(yán)格質(zhì)量管理和質(zhì)量檢測(cè)；創(chuàng)新，自主研發(fā)。5.PAN基碳纖維的分類：

有小絲束和大絲束之分：小絲束一般是指1~24K的碳纖維，大絲束一般是指48~540K的碳纖維。小絲束性能高，常用于航天航空等尖端技術(shù)領(lǐng)域。大絲束性能較低，為通用級(jí)碳纖維，用于一般工業(yè)。

小絲束碳纖維：一般經(jīng)歷聚合、紡絲、預(yù)氧化、碳化、表面處理和上漿實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)。原絲生產(chǎn)中，聚合和紡絲從溶劑上看，東麗和Cytec用的是DMSO，三菱和臺(tái)塑用的是DMF，東邦用的是ZnCl2，Hexcel用NaSCN，不管用哪種溶劑都可以紡出優(yōu)質(zhì)的原絲。相對(duì)而言DMSO要優(yōu)于其他溶劑。大絲束碳纖維：碳纖維的主要生產(chǎn)公司是美國(guó)卓爾泰克（Zoltek）、碳纖維技術(shù)公司（Aldila）、東邦單納克斯（Toho Tenax）、德國(guó)西格里（SGL）和日本東麗公司。這些通用級(jí)的碳纖維廣泛用于民用工業(yè)。大絲束的價(jià)格低于小絲束，便于在民用工業(yè)應(yīng)用。6.碳纖維的發(fā)展趨勢(shì)：

碳纖維的理論拉伸強(qiáng)度為180Gpa，拉伸模量為1020Gpa，其質(zhì)量提升空間巨大。碳纖維的拉伸強(qiáng)度最高為T1000，拉伸強(qiáng)度為7.02Gpa，僅為理論值的4%左右； PAN基石墨纖維M70J，拉伸模量為690Gpa，為理論值的68%；

對(duì)于碳石墨材料，拉伸強(qiáng)度最高是石墨晶須，拉伸強(qiáng)度為21Gpa，是理論值的11.7%左右，拉伸模量為700Gpa，是理論值的69%左右。石墨晶須的直徑細(xì)，表面光滑無暇，缺陷小，因而拉伸強(qiáng)度高。故，細(xì)旦化、表面無暇是指提高拉伸的基本思路。

****結(jié)合目前習(xí)慣性叫法，滌綸長(zhǎng)絲細(xì)旦纖維定義如下：細(xì)旦絲是指單絲纖度在1.0～0.5dpf的纖維，單絲纖度在0.5～0.1dpf的纖維稱為超細(xì)旦纖維，單絲纖度低于0.1dpf的纖維稱為微細(xì)旦纖維。細(xì)旦纖維生產(chǎn)一般采用單組份紡絲方法，超細(xì)旦纖維生產(chǎn)一般采用單組份紡絲方法或者共軛紡絲方法，而微細(xì)旦纖維一般采用共軛紡絲方法。

7.應(yīng)用領(lǐng)域：

碳纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下表所示。

碳纖維和石墨纖維的應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬。飛機(jī)工業(yè)、汽車工業(yè)、新能源（風(fēng)力發(fā)電）和基礎(chǔ)設(shè)施（1）飛機(jī)工業(yè)。設(shè)計(jì)減重和輕量化是永恒的主題。現(xiàn)代飛機(jī)已大量采用碳纖維復(fù)合材料，包括（2）汽車工業(yè)。用復(fù)合材料制造汽車，可使其輕量化，可降低行駛單位公里的燃油。同時(shí)，用是最大市場(chǎng)，而海洋油田是最大的潛在市場(chǎng)。戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)、無人飛機(jī)和大型民航客機(jī)。

壓縮天然氣代替燃料，可大幅度降低尾氣污染。用復(fù)合材料制造壓縮天然氣罐（CNG），將大量使用復(fù)合材料。電動(dòng)汽車所用車載燃料電池也大量使用碳纖維紙等碳石墨材料。德國(guó)西格里（SGL）與寶馬（BMW）集團(tuán)將組建合資企業(yè)，專門生產(chǎn)車用碳纖維及其織物，用于新的寶馬車型，使其輕量化。

（3）海洋油田。本領(lǐng)域?qū)⑹翘祭w維復(fù)合材料最大的潛在市場(chǎng)。為什么？

原因1：陸地上的開采可使用鋼材，而海水對(duì)鋼材的腐蝕十分嚴(yán)重，使用壽命大大減短。原因2：鋼材的密度大（7.8g/cm3），在海洋中需要大量的浮力，以防下沉（特別針對(duì)3000m深海油田），使用碳纖維復(fù)合材料比較合理。

（4）風(fēng)力發(fā)電。制造3MW以上的大功率風(fēng)電機(jī)組，葉片長(zhǎng)度需在40m以上，需用輕而強(qiáng)、剛而硬的碳纖維復(fù)合材料制造，需用大量的碳纖維。

（5）碳纖維復(fù)合芯電纜。這種電纜（ACCC）已成功研制并得到實(shí)際應(yīng)用，逐步取代鋼芯鋁鉸電纜（ACRS）。ACCC的特點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高，可提高傳送容量和降低損耗，同時(shí)弛度小，可減少塔桿數(shù)和節(jié)約用地。

（6）基礎(chǔ)設(shè)施和土木建筑。公路、高速公路和鐵路橋梁的維修和增強(qiáng)加固的措施之一就是使用碳纖維復(fù)合材料。

二、聚丙烯腈纖維（PAN原絲）

1.聚丙烯腈的晶態(tài)及其多重結(jié)構(gòu)： 1.1 聚丙烯腈的晶胞及構(gòu)象： 聚丙烯晴（PAN）具有強(qiáng)極性氰基[-C≡N-]，賦予其結(jié)構(gòu)和性能具有獨(dú)特的個(gè)性。在PAN的氰基中，氮原子的電負(fù)性大于碳原子，使氰基中碳原子與氮原子之間的電子云向氮原子一側(cè)偏移，使氮原子呈現(xiàn)出電負(fù)性，而碳原子呈現(xiàn)出電正性。所以，把氰基成為偶極子。由于誘導(dǎo)引發(fā)作用使與氰基相連的主鏈上的碳原子與氰基的碳原子之間的電子云偏向氰基的碳原子，形成極性較強(qiáng)的偶極矩。對(duì)于氰基，偶極矩μ為3.4D（1D=3.34×10-30C·m），是典型的強(qiáng)極性基團(tuán)。

在同一大分子鏈上，由于氰基的極性相同，彼此排斥；在斥力作用下使氰基按一定的角度沿C軸（化學(xué)鍵連接的碳主鏈）螺旋排列，呈現(xiàn)出僵硬的對(duì)稱的圓棒體。這就是PAN的一級(jí)結(jié)構(gòu)單元，即分子鏈棒狀構(gòu)象。

這種分子鏈圓棒的直徑約為0.6nm左右，長(zhǎng)度約為10~100nm；在大分子鏈之間相互吸引力的作用幾根至幾十根彼此平行緊密排列而形成緊密的晶區(qū)，紊亂堆砌的大分子鏈形成了無序的非晶區(qū)。1.2 聚丙烯腈的球晶及其多重結(jié)構(gòu)： 目前，生產(chǎn)高性能的PAN原絲用均相溶液聚合一步法。在攪拌聚合的條件下，實(shí)現(xiàn)高速的轉(zhuǎn)化率（DMSO溶劑為95%左右，DMF溶劑為50%左右），得到高濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%左右）的聚合紡絲液，容易生成球晶（spherulite）。球晶的生長(zhǎng)過程可分為成核和生長(zhǎng)兩個(gè)階段，即在均相成核初期，以大分子鏈為晶核，隨之生長(zhǎng)為細(xì)長(zhǎng)的原纖（fibril），再向發(fā)射狀生長(zhǎng)，并在小角度方向成為延長(zhǎng)的新生長(zhǎng)點(diǎn)，鏈的生長(zhǎng)直至鏈的終止，再經(jīng)捆束形式而形成球狀外形，即球晶。

捆束狀可能是由于平行排列的原纖之間存在范德華力所致，而在捆綁束的兩端是鏈生長(zhǎng)的活性原纖當(dāng)然也會(huì)有其他狀態(tài)，如輻射狀態(tài)、蔥皮結(jié)構(gòu)。這些取決于聚合條件及聚合組成。下表為原纖的多重結(jié)構(gòu)。（A=0.1nm）點(diǎn)，迅速的鏈生長(zhǎng)、鏈分枝而形成球形。球形的表面能最低，使其處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 聚丙烯腈的構(gòu)型：

在聚丙烯腈大分子鏈上，具有不對(duì)稱的碳原子，標(biāo)記為C，即 呈現(xiàn)出兩種互成鏡像的不同構(gòu)型。

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構(gòu)型有兩種，一是分子鏈構(gòu)型，二是空間立構(gòu)型。前者是指相同組成的分子中原子以不同序列連接，后者則是有相同原子序列連接而具有不同空間排列。根據(jù)Fischer投影法來分類，則會(huì)出現(xiàn)三種空間構(gòu)型，即：

（1）全同立構(gòu)（isotactic）在相鄰結(jié)構(gòu)單元中同一種取代基全部排列在主鏈線（或平面）的同一側(cè)；（2）間同立構(gòu)（syndiotactic）在相鄰結(jié)構(gòu)單元中同一種取代基有規(guī)律性地排列在主鏈線的兩側(cè)；（3）無規(guī)立構(gòu)（atactic）在相鄰結(jié)構(gòu)單元中同一種取代基無規(guī)則地排列在主鏈線的兩側(cè)。

2.聚合：

丙烯腈的聚合屬于自由基加聚反應(yīng)。

主要聚合方法可分為懸浮（suspension）、乳液（emulsion）和溶液法（solution）。溶液法又分為均相溶液聚合法和非均相溶液聚合法。

均相溶液聚合法是指溶劑既是聚合單體的良溶劑，又是聚合物PAN的良溶劑。這種聚合液不需非均相溶液聚合的特點(diǎn)是溶劑僅是聚合單體的良溶劑，而是PAN的不良溶劑；在聚合的過程中要分離就可直接用來紡絲，稱為一步法。

產(chǎn)生相分離，聚合物PAN沉淀出來，經(jīng)分離、干燥后，再溶于良溶劑中得到紡絲液，再紡成纖維，稱為兩步法。顯然：一步法工藝先進(jìn)，流程短，不僅大大降低生產(chǎn)成本，而且避免了繁瑣的兩步法過程中引入雜質(zhì)的概率。目前，國(guó)內(nèi)外高性能的原絲生產(chǎn)均采用均相溶液聚合一步法。一步法的溶劑分為有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑兩大類。

三、碳纖維的性質(zhì)：

碳纖維和石墨纖維均具有優(yōu)異的性能：

——碳纖維及石墨纖維/賀福編著.—北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.7 1.密度小（1.7~2.0g/cm3）,質(zhì)量輕，制成的構(gòu)件減輕效果十分明顯。2.拉伸強(qiáng)度高（3~7GPa）,比強(qiáng)度高。3.拉伸模量高（200~650GPa）,比模量高。4.耐疲勞，疲勞強(qiáng)度高；抗蠕變，使用壽命長(zhǎng)。5.耐磨損，具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑性。6.具有優(yōu)異的震動(dòng)衰減性，阻尼性能優(yōu)異。7.熱膨脹系數(shù)小（0~1.1×10-6/K）,尺寸非常穩(wěn)定。8.熱導(dǎo)率好[10~160W/(m·K)],比熱導(dǎo)率更高。

9.在惰性環(huán)境中的耐熱性十分優(yōu)異（2000~3000℃）；在氧化氣氛中只損耗，不熔融。10.耐腐蝕，適應(yīng)環(huán)境性強(qiáng)。11.不生銹，不銹蝕，試驗(yàn)壽命長(zhǎng)。12.與生物相容性好。

13.導(dǎo)電（17~5μΩ·m）,是非金屬材料的良導(dǎo)體。14.具有屏蔽電磁波特性（EMI）。15.X射線透過性好，吸收小。16.柔軟可編，后加工性好。17.各向異性，設(shè)計(jì)自由度大。

四、碳纖維的測(cè)定：

1.Raman光譜研究碳纖維結(jié)構(gòu)的多相性：

拉曼光譜屬于散射光譜。分析基于光源激光束照射到試樣時(shí)產(chǎn)生的散射現(xiàn)象，即與入射光頻率不物質(zhì)分子引發(fā)的拉曼散射可用量子力學(xué)來解釋，即頻率為νo入射光可視為具有能量為?νo的光子。同的散射光譜。組成物質(zhì)的分子或原子不同，其振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)不同，因而產(chǎn)生的散射光譜也不同。當(dāng)入射光照射到樣品時(shí)，絕大數(shù)光可透過樣品，僅有0.1%左右的入射光與試樣發(fā)生非彈性碰撞而產(chǎn)生拉曼光散射光譜。根據(jù)能量守恒定律，則有以下公式，即

?νo+Εo= ?ν+Ε

ΔΕ=Ε?Εo=?(νo?ν)= ?Δν

其中：ΔΕ是分子發(fā)生非彈性碰撞前后的能量差；Δν是相應(yīng)的拉曼光譜頻率的位移（拉曼頻移）。拉曼頻移Δν大小與入射光的頻率νo無關(guān)，只與分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

這也就是說，拉曼頻移是分子的振動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。不同物質(zhì)分子具有不同的能級(jí)結(jié)構(gòu)，因而具有不同的拉曼頻移Δν、拉曼線譜數(shù)目和拉曼相對(duì)強(qiáng)度。

第二篇：碳纖維材料簡(jiǎn)介

碳纖維材料簡(jiǎn)介

從愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲制成電燈燈絲.開啟了碳纖維應(yīng)用的先河, 一直到今天碳纖維假肢力助'`刀鋒戰(zhàn)士'`皮斯托瑞斯讓他在倫敦奧運(yùn)會(huì)的賽場(chǎng)上大放異彩碳纖維這種一直被認(rèn)為是非常神秘的高科技材料如今正逐漸走入大眾的生活之中.我們周遭的很多產(chǎn)品上都或多或少地采用了這種材料,比如釣魚竿、網(wǎng)球拍自行車、汽車零部件等目前國(guó)外設(shè)計(jì)師也已經(jīng)開始嘗試將這種高科技材料應(yīng)用到家具產(chǎn)品中去, 給傳統(tǒng)的家具行業(yè)注入了新的活力。1 概述

碳纖維(C arb o n F.b e r.C F)是一種具有高強(qiáng)度和高模量的耐高溫纖維是化纖的高端品種, 一般按原料 的不同可將碳纖維分為聚丙烯晴基(po lva er丫Ion ,tr, le)碳纖維、瀝青(P lteh)基碳纖維和粘膠基(Vi so os e一ba sed)碳纖維等。其中聚丙烯晴基碳纖維由于碳化率較高(4 0 % 一4 5 %), 且生產(chǎn)過程和本相對(duì)后兩者要簡(jiǎn)單低廉因此他的產(chǎn)量也是最大的.是目前世界碳纖維 的主流。但不論是哪種碳纖維, 其制造工藝都是十分復(fù)雜的簡(jiǎn)單來說以聚丙烯晴基碳纖維為例制備需完成以下兩個(gè)基本過程:(1)熱穩(wěn)定氧化處理

纖維原絲通過含有氧氣的高溫爐體(20 0 ℃ 一3 0 0 C)材料受熱軟化.內(nèi)部結(jié)構(gòu)由原先的聚丙烯睛的線狀結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)成較穩(wěn)定且堅(jiān)固的六角形排列。(2)碳化或石墨化

經(jīng)過氧化處理后的原絲在惰性氣體保護(hù)下加熱至I0 0 0 C 以上的高溫, 這時(shí)高分子結(jié)構(gòu)中的氧、氫等元素會(huì)因受不了高溫紛紛奪門而出.最后遺留下來的就只剩碳了。

制備完成后的碳纖維束一方面具有一般碳素材料的共有特性.如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等另一方面.從原子層面看碳纖維跟石墨很相似.是由一層層以六角型排列的碳原子所構(gòu)成兩者之間的差別在于石墨是晶體結(jié)構(gòu)它的層間連結(jié)松散.而碳纖維層間連結(jié)是不規(guī)則的這樣就可以防止層間的滑移.從而使碳纖維在沿纖維軸方 向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。2 材料特點(diǎn)

從以上對(duì)碳纖維材料的制備介紹我們可以知道材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有非常優(yōu)異的物理化學(xué)性能碳纖維最優(yōu)異的性能是比強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度/ 密度)和比模量(彈性模量/ 密度)超過一般的增強(qiáng)纖維。通常材料的比強(qiáng)度越高則構(gòu)件自重愈小:比模量越高.則構(gòu)件的剛度愈大.而碳纖維和樹脂形成的復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量比鋼和鋁合金還高出幾倍, 這也是為什么現(xiàn)在越來越多需要高強(qiáng)度輕量化的產(chǎn)品都會(huì)使用這種材料的原因, 碳纖維也因此成為了`'輕量化“的代名詞。

此外.碳纖維材料還具有以下一些特性

（1）極佳的耐熱性(可耐20 0 0 c 的高溫)和尺寸穩(wěn)定性(熱膨脹系數(shù)小)（2）由于碳纖維與基體復(fù)合可緩和破壞裂紋的擴(kuò)展因此其疲勞強(qiáng)度非常高，(3)良好的耐腐蝕性和導(dǎo)電性以及電傳導(dǎo)及電磁波屏蔽性

(4)具有纖維般的柔曲性可編織和纏繞成型可加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等多種材料中制成復(fù)合材料應(yīng)用靈活。《家具》2 0 1 2 年第6 期

第三篇：如何粘貼碳纖維材料

如何粘貼碳纖維材料？

粘貼碳纖維材料是碳纖維施工中非常重要的一部分。粘貼的好壞直接影響到施工的質(zhì)量，如何粘貼才是最好的呢?

在粘貼碳纖維材料之前，首先應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥。氣溫在-10℃以上，相對(duì)濕度RH>85%時(shí)，如無有效措施不得施工。為防止碳纖維受損，在碳纖維材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過程中。應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長(zhǎng)度一般以不超過6m為宜。為防止材料在保管過程中損壞，材料的裁切數(shù)量應(yīng)按當(dāng)天的用量裁切為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上。該部位應(yīng)多涂樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。其施工工藝要點(diǎn)如下：

(1)粘貼樹脂的主劑、固化催促劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。

(2)粘貼時(shí)，在碳纖維和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉(專用工具)沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹脂滲浸入碳纖維中。

粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護(hù)1-2小時(shí)達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期間不受外界干擾和碰撞，這樣加固之后才會(huì)非常的牢固。

第四篇：碳纖維論文

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計(jì)概論結(jié)業(yè)論文

論述碳纖維的制造技術(shù)及在航天發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用

王曉剛

20090573 1.摘要:碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材，在過去的二三十年里得到廣泛的研究。其含碳量在90%以上，與其它高性能纖維相比具有最高比強(qiáng)度和最高比模量。特別是在2000℃以上高溫惰性環(huán)境中，是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)。此外，其還兼具其他多種得天獨(dú)厚的優(yōu)良性能：低密度、高升華熱、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、高震動(dòng)衰減性、低熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性、紡織加工性均優(yōu)良等。因此，碳纖維復(fù)合材料也同樣具有其它復(fù)合材料無法比擬的優(yōu)良性能，被應(yīng)用于軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，在航空航天領(lǐng)域的光輝業(yè)績(jī)，尤為世人所矚目。

關(guān)鍵詞:碳纖維,制造,航天領(lǐng)域,應(yīng)用 2.碳纖維的制造 2.1發(fā)展歷程

碳纖維主要是由瀝青、人造絲和聚丙烯腈為主要原料而制造的，目前結(jié)構(gòu)材料中主要使用PAN碳纖維。

1950年，美國(guó)Wright-Patterson空軍基地開始研制粘膠基碳纖維。1959年，最早上市的粘膠基碳纖維Thornel-25就是美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(UCC)的產(chǎn)品。與此同時(shí)，日本研究人員也在1959年發(fā)明了用聚丙烯腈(PAN)基原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)皇家航空研究院開發(fā)出了制造高性能PAN基碳纖維的技術(shù)流程，使其發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨溃琍AN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%左右。20世紀(jì)70年代中期，UCC在美國(guó)空軍和海軍的資金支持下，研發(fā)高性能中間相瀝青基碳纖維；1975年研發(fā)成功Thornel P-55(P-55)，在1980～1982年之間，又研發(fā)成功P-75、P-100和P-120，年產(chǎn)量為230t。P-120的模最高達(dá)965GPa，是理論值的94%，熱導(dǎo)率是銅的1.6倍，線膨脹系數(shù)僅為-1.33×10-6/K，且在375℃空氣中加熱1000h僅失重0.3%~1.0%，顯示出優(yōu)異的抗氧化性能。它們已廣泛用于火箭噴管、導(dǎo)彈鼻錐、衛(wèi)星構(gòu)件、艦艇材料等方面。在20世紀(jì)80年代早期，碳纖維開始被廣泛地用在客機(jī)和航空飛行器上作為結(jié)構(gòu)材料，主要在歐洲和北美進(jìn)行應(yīng)用。然后，人們提高了對(duì)碳纖維的認(rèn)識(shí)，開始把它當(dāng)成一種高質(zhì)量的材料，并在20世紀(jì)80年代中期得到了飛速的增長(zhǎng)在80年代中期，歐洲空客公司開始將CFRP(碳纖維增強(qiáng)塑料)作為首要的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在飛機(jī)上，而且，隨著在網(wǎng)球和新的體育項(xiàng)目的應(yīng)用，碳纖維市場(chǎng)得到了穩(wěn)步的擴(kuò)展。

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2.2PAN基碳纖維

PAN基碳纖維的制造分為兩步進(jìn)行，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計(jì)概論結(jié)業(yè)論文

2.3瀝青基碳纖維

瀝青基碳纖維是僅次于PAN積極的

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硝酸、硫酸、高錳酸和過氧化氫等溶液。氧化溫度一般為200～400℃。在預(yù)氧化過程中，要求纖維氧化均勻，不應(yīng)該形成中心過低、邊緣過高的皮芯結(jié)構(gòu)。3.碳纖維的應(yīng)用

3.1 航空領(lǐng)域應(yīng)用的新進(jìn)展

T300 碳纖維/樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)在飛行器上廣泛作為結(jié)構(gòu)材料使用，目前應(yīng)用較多的為拉伸強(qiáng)度達(dá)到5.5GPa，斷裂應(yīng)變高出T300 碳纖維的30％的高強(qiáng)度中模量碳纖維T800H纖維。軍品

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是生產(chǎn)武器裝備的重要材料。在戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)上，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)機(jī)主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)件和戰(zhàn)機(jī)特殊部位的特種功能部件。國(guó)外將碳纖維/環(huán)氧和碳纖維/雙馬復(fù)合材料應(yīng)用在戰(zhàn)機(jī)機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能，數(shù)據(jù)顯示采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的前機(jī)身段，可比金屬結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%；復(fù)合材料垂直安定面可減輕質(zhì)量32.24%。用軍機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的重要指標(biāo)――結(jié)構(gòu)重量系數(shù)來衡量，國(guó)外

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方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、后密封隔框、后壓力艙、后機(jī)身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。繼A340對(duì)碳纖維龍骨梁和復(fù)合材料后密封框――復(fù)合材料用于飛機(jī)的密封禁區(qū)發(fā)起挑戰(zhàn)后，A380又一次對(duì)連接機(jī)翼與機(jī)身主體結(jié)構(gòu)中央翼盒新的禁區(qū)發(fā)起了成功挑戰(zhàn)。僅此一項(xiàng)就比最先進(jìn)的鋁合金材料減輕重量1.5噸。由于CFRP的明顯減重以及在使用中不會(huì)因疲勞或腐蝕受損。從而大大減少了油耗和排放，燃油的經(jīng)濟(jì)性比其直接競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型要低13%左右，并降低了運(yùn)營(yíng)成本，座英里成本比目前效率最高飛機(jī)的低15%--20%，成為

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美國(guó)WaterburyFiberCote Industries 公司以有充分來源的非航天級(jí)粘膠原絲新原料開發(fā)成功名為RaycarbC2TM 的新型纖維素碳布，并經(jīng)受了美軍方包括加工、熱/結(jié)構(gòu)性質(zhì)及火焰沖刷試驗(yàn)在內(nèi)的全部資格測(cè)試，在固體發(fā)動(dòng)機(jī)的全部靜態(tài)試驗(yàn)中都證明該替代品合格，2004 年十一月，該碳布/酚醛復(fù)合材料已用于阿里安娜V Flight164上成功飛行。

圖 4: 法國(guó)阿里安娜V 型導(dǎo)彈

衛(wèi)星、航天飛機(jī)及載人飛船

高模量碳纖維質(zhì)輕，剛性，尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，因此很早就應(yīng)用于人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體、太陽能電池板和天線中。現(xiàn)今的人造衛(wèi)星上的展開式太陽能電池板多采用碳纖維復(fù)合材料制作，而太空站和天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)上的一些關(guān)鍵部件也往往采用碳纖維復(fù)合材料作為主要材料。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料被作航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等。美國(guó)發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)的熱瓦，十分關(guān)鍵，可以保證其能安全地重復(fù)飛行。一共有8 種：低溫重復(fù)使用表面絕熱材料LRSI；高溫重復(fù)使用表面絕熱材料HRSI；柔性重復(fù)使用表面絕熱材料FRSI；高級(jí)柔性重復(fù)使用表面絕熱材料AFRI；高溫耐熔纖維復(fù)合材料FRIC―HRSI；增強(qiáng)碳/碳材料RCC；金屬；二氧化硅織物。其中增強(qiáng)碳/碳材料RCC，最為要的，它可以使航天飛機(jī)承受大氣層所經(jīng)受的最高溫度1700℃。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維的產(chǎn)量不斷增大，質(zhì)量逐漸提高，而生產(chǎn)成本穩(wěn)步下降。各種性能優(yōu)異的碳纖維復(fù)合材料將會(huì)越來越多地出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域中，為世界航空航天技術(shù)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

4.結(jié)語

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碳纖維的優(yōu)異性能使得其在國(guó)防和民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。作為未來最有發(fā)展前景的新型結(jié)構(gòu)材料，可以肯定碳纖維在21世紀(jì)將步入新的飛躍，應(yīng)用領(lǐng)域也將更加廣泛。參考文獻(xiàn)

[1]周明英 碳纖維及其應(yīng)用[J]山東紡織科技，2003（3）：48 [2]高瑞林 沈曾民 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所 基礎(chǔ)知識(shí)講座

[3]陳達(dá)軍 聚丙烯腈基碳纖維工廠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[J].江蘇紡織，2008，（8）：50-54.[4]汪家銘 聚丙烯腈基碳纖維發(fā)展與應(yīng)用[J].化工新型材料，2009，37（8）：17.[5]毛德君 基碳纖維生產(chǎn)及應(yīng)用[J].煉油與化工，2002，13（4）：3-12.[6]毛立新,陳獻(xiàn)桃,廖德仲等.氨基磺酸均相催化合成檸檬酸三丁酯[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,18(2):36～38 [7]林德春 潘鼎 高健 陳尚開 碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 [8]趙嫁祥 2008年世界碳纖維前景會(huì)[J].高科技纖維與應(yīng)用，2008，33（5）：1-6

第五篇：碳纖維復(fù)合材料

碳纖維復(fù)合材料

摘要:主要介紹了碳纖維復(fù)合材料的基本概述，并對(duì)它的一些結(jié)構(gòu)性能、應(yīng)用（主要在航空領(lǐng)域的應(yīng)用）、發(fā)展，并分析了目前我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵字：碳纖維復(fù)合材料、碳纖維樹脂基復(fù)合材料、碳／碳復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)性能、發(fā)展、航空領(lǐng)域。

1、引言

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90％以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的“比強(qiáng)度”。碳纖維屬于聚合物碳，是有機(jī)纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀的無機(jī)碳化合物。碳纖維是一種新型非金屬材料，它和它的復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱、比重小和熱脹脹系數(shù)小等優(yōu)異性能，碳纖維單獨(dú)使用時(shí)主要是利用其耐熱性、耐蝕性、導(dǎo)電性和其它性質(zhì)。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP（即碳纖維復(fù)合材料）的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。目前，碳纖維不僅廣泛應(yīng)用軍事工業(yè)，而且在汽車構(gòu)件、風(fēng)力發(fā)電葉片、核電、油田鉆探、體育用品、碳纖維復(fù)合芯電纜以及建筑補(bǔ)強(qiáng)材料領(lǐng)域也存在巨大應(yīng)用空間，而其在航空領(lǐng)域的光輝業(yè)績(jī)尤為引人注目。

2、碳纖維的發(fā)展

碳纖維的出現(xiàn)是材料史上的一次革命。碳纖維是目前世界首選的高性能材料，具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗疲勞、導(dǎo)電、質(zhì)輕、易加工等多種優(yōu)異性能，正逐步征服和取代傳統(tǒng)材料。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航天、航空和軍事領(lǐng)域。世界各國(guó)均把發(fā)展高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)放在極其重要的位置。碳纖維除了在軍事領(lǐng)域上的重要應(yīng)用外，在民品的發(fā)展上有著更加廣闊的空間，并已經(jīng)開始深入到國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)械電子、建筑材料、文體、化工、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域碳纖維有著無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時(shí)也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進(jìn)入一個(gè)高級(jí)階段。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，碳纖維及其復(fù)合材料已從初創(chuàng)期轉(zhuǎn)入增長(zhǎng)發(fā)展期，其工業(yè)地位已基本確立，美、日、英、法、德等國(guó)的碳纖維產(chǎn)量已經(jīng)占世界產(chǎn)量的絕大部分，并已逐步形成壟斷優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)對(duì)碳纖維的研究由于起步較晚，技術(shù)力量薄弱，雖然碳纖維及其復(fù)合材料在我國(guó)已被納入國(guó)家“863”和“973”計(jì)劃，但總體情況不盡理想，我國(guó)仍不具備成熟的碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，國(guó)防和民用碳纖維產(chǎn)品基本依賴進(jìn)口。

3、碳纖維復(fù)合材料的性能及主要用途

由于碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，是由含碳量較高、在熱處理過程中不熔融的人造化學(xué)纖維經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，且碳纖維比重小。（1）碳纖維的化學(xué)性能

碳纖維是一種纖維狀的碳素材料。我們知道碳素材料是化學(xué)性能穩(wěn)定性極好的物質(zhì)之一。這是歷史上最早就被人類認(rèn)識(shí)的碳素材料的特征之一。除強(qiáng)氧化性酸等特殊物質(zhì)外，在常溫常壓附近，幾乎為化學(xué)惰性。可以認(rèn)為在普通的工作溫度≤250℃環(huán)境下使用，很難觀察到碳纖維發(fā)生化學(xué)變化。根據(jù)有關(guān)資料介紹，從碳素材料的化學(xué)性質(zhì)分析，在≤250℃環(huán)境下，碳素材料既沒有明顯的氧化發(fā)生，也沒有生成碳化物和層間化合物生成。由于碳素材料具有氣孔結(jié)構(gòu)，因此氣孔率高達(dá)25％左右，在加熱過程易產(chǎn)生吸附氣體脫氣情況，這樣的過程更有利于我們穩(wěn)定電氣性能和在電熱領(lǐng)域的應(yīng)用。（2）碳纖維的物理性能（a）熱學(xué)性質(zhì)

碳素材料因石墨晶體的高度各向異性，而不同于一般固體物質(zhì)與溫度的依存性，從工業(yè)的應(yīng)用角度來看，碳素材料比熱大體上是恒定的。幾乎不隨石墨化度和碳素材料的種類而變化（b）導(dǎo)熱性質(zhì)

碳素材料熱傳導(dǎo)機(jī)理并不依賴于電子，而是依靠晶格振動(dòng)導(dǎo)熱，因此，不符合金屬所遵循的維德曼—夫蘭茲定律。根據(jù)有關(guān)資料介紹，普通的碳素材料導(dǎo)熱系數(shù)極高，平行于晶粒方向的導(dǎo)熱系數(shù)可與黃銅媲美(c)電學(xué)性質(zhì)

碳素材料電學(xué)性質(zhì)主要與石墨晶體的電子行為和不同的處理溫度有關(guān)，石墨的電子能帶結(jié)構(gòu)和載流子的種類及其擴(kuò)散機(jī)理決定了上述性質(zhì)。碳素材料這類電學(xué)性質(zhì)具有本征半導(dǎo)體所具備的特征，電阻率變化主要與載流子的數(shù)量變化有關(guān)。

碳纖維的主要用途：

與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。最神奇的應(yīng)用是采用長(zhǎng)碳纖維制成的“納米繩”可以將“太空電梯”由理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，太空電梯將可以將乘客和各種貨物運(yùn)送到空間軌道站上，也可以用這種“納米繩”將太空中發(fā)射平臺(tái)與地面固定在一起，在這樣的發(fā)射平臺(tái)上發(fā)射人造衛(wèi)星和太空探測(cè)器就可以大大降低發(fā)射成本。

總結(jié)碳纖維復(fù)合材料的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有以下幾個(gè)方面

（一）航天領(lǐng)域

碳纖維復(fù)合材料因其獨(dú)特、卓越的性能，在航空領(lǐng)越特別是飛機(jī)制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。統(tǒng)計(jì)顯示，目前，碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機(jī)和直升飛機(jī)上的使用量已占70％~80％，在軍用飛機(jī)上占30％~40％，在大型客機(jī)上占15％~50％。（a）碳纖維樹脂基復(fù)合材料 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）具有質(zhì)量輕

等一系列突出的性能，在對(duì)重量、剛度、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域以及要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都具有很大優(yōu)勢(shì)。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料已成為生產(chǎn)武器裝備的

重要材料。AV—8B 改型“鷂”式飛機(jī)是美國(guó)軍用飛機(jī)中使用復(fù)合材料最多的機(jī)種，其機(jī)翼、前機(jī)身都用了石墨環(huán)氧大型部件，全機(jī)所用碳纖維的重量約占飛機(jī)結(jié)構(gòu)總重量的26％，使整機(jī)減重9％，有效載荷比AV—8A飛機(jī)增加了一倍。數(shù)據(jù)顯示采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的前機(jī)身段，可比金屬結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量32.24%。用軍機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的重要指標(biāo)——結(jié)構(gòu)重量系數(shù)來衡量，國(guó)外第四代軍機(jī)的結(jié)構(gòu)重量系數(shù)已達(dá)到27～28%。未來以F-22 為目標(biāo)的背景機(jī)復(fù)合材料用量比例需求為35%左右，其中碳纖維復(fù)合材料將成為主體材料。國(guó)外一些輕型飛機(jī)和無人駕駛飛機(jī)，已實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化。

直升飛機(jī)上碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的用量更是與日俱增。武裝了駐港部隊(duì)并參加了2007 年上海合作組織在俄羅斯反恐軍演的直-9 型直升飛機(jī)，是我國(guó)先進(jìn)的直升飛機(jī)。該機(jī)復(fù)合材料用量已占到60％左右，主要是CFRP。此外，日本生產(chǎn)的OH-1 “忍者”直升飛機(jī)，機(jī)身的40％是用CFRP，槳葉等也用CFRP 制造。在民用領(lǐng)域，世界最大的飛機(jī)A380 由于CFRP 的大量使用，創(chuàng)造了飛行史上的奇跡。這種飛機(jī)25%重量的部件由復(fù)合材料制造，其中22%為碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)。由于CFRP 的明顯減重以及在使用中不會(huì)因疲勞或腐蝕受損，從而大大減少了油耗和排放。燃油的經(jīng)濟(jì)性比其直接競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型要低13%左右，并降低了運(yùn)營(yíng)成本，座英里成本比目前效率最高飛機(jī)的低15%~20%，成為第一個(gè)每乘客每百公里耗油少于三升的遠(yuǎn)程客機(jī)。(b)碳／碳復(fù)合材料

碳／碳復(fù)合材料是以碳纖維及其制品（碳?xì)只蛱疾迹┳鳛樵鰪?qiáng)材料的復(fù)合材料。因?yàn)樗慕M成元素只有一個(gè)（即碳元素）,因而碳／碳復(fù)合材料具有許多碳和石墨材料的優(yōu)點(diǎn)，如密度低（石墨的理論密度為2.3g/cm3）和優(yōu)異的熱性能,即高的熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù),能承受極高的溫度和極大的熱加速率，有極強(qiáng)的抗熱沖擊,在高溫和超高溫環(huán)境下具有高強(qiáng)度、高模量和高化學(xué)惰性。憑借著輕質(zhì)難熔的優(yōu)良特性，碳纖維增強(qiáng)基體的（C／C）復(fù)合摩擦材料在航空航天工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。航天飛機(jī)軌道的鼻錐和機(jī)翼前緣材料，都會(huì)選用碳碳復(fù)合材料。另外還大量用作高超音速飛機(jī)的剎車片，目前，國(guó)際上大多數(shù)軍用和民用干線飛機(jī)采均用碳纖維增強(qiáng)基體的復(fù)合材料剎車副。這種剎車副不僅質(zhì)量輕、抗熱沖擊性好、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)，更為方便的是可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，性能便于調(diào)節(jié)。還可制作發(fā)熱元件和機(jī)械緊固件、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和內(nèi)燃機(jī)活塞等。

（二）、其他領(lǐng)域 1)、高爾夫球棒

用CFRP制成的高爾夫球棒、可減輕重量約10一40％。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，可使球獲得較大的初速度。另一方面．CFRP具有高的阻尼特性，可使擊球時(shí)間延長(zhǎng),球被擊得更遠(yuǎn)。2)、釣魚竿

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的釣魚竿比GFRP制品或竹竿都要輕得多，使其在撒竿時(shí)消耗能量少，而且撤竿距比后者遠(yuǎn)20%左右。CFRP所制的釣魚竿長(zhǎng)而好，剛性大，釣魚竿在彎曲之后能迅速?gòu)?fù)原，使其傳遞誘餌的感覺較為靈敏。現(xiàn)在已有商品銷售，用碳纖維增強(qiáng)塑料還可以制成漁具的卷鈾，其重量不超過l40克，但它的疲勞強(qiáng)度高，耐摩擦，因而使用壽命長(zhǎng)。3)、賽車

用石墨纖維長(zhǎng)絲制成的管材可用來制造比賽車或通用自行車的車架,其特點(diǎn)是重量輕，比鋼制架可減重50%左右，使自行車的總重量減輕15%。

碳纖維與玻璃纖維混合增強(qiáng)復(fù)合材料可用來制造越野賽汽車，它的特點(diǎn)是重量輕。用金屬材料制造的同樣車體的總重量為226.8公斤，用CFRP制造時(shí)為63.5公斤，用CF／GPRP制造時(shí)重量可減輕到31.8至36.5公斤。

在賽車領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料最著名的運(yùn)用無疑是F1車身。為了使重量保持最小，所有車隊(duì)都廣泛使用碳纖材料，而這些材料的強(qiáng)固性足以支撐車子的重量。

4.我國(guó)碳纖維復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代的碳纖維是以聚丙烯腈、人造絲或木質(zhì)素為原絲，將有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起高溫分解并且碳化后得到的，還不能直接用碳或石墨來制取。

據(jù)了解，目前全球碳纖維產(chǎn)能約3.5萬噸，我國(guó)市場(chǎng)年需求量6500噸左右，屬于碳纖維消費(fèi)大國(guó)。在以“高性能聚丙烯腈碳纖維制備的基礎(chǔ)科學(xué)問題”為主題的第335次香山科學(xué)會(huì)議上，會(huì)議執(zhí)行主席、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)師緒院士指出，與國(guó)外技術(shù)相比，我國(guó)碳纖維領(lǐng)域還存在較大差距。2007年，我國(guó)碳纖維產(chǎn)能僅200噸左右，而且主要是低性能產(chǎn)品。由于缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)尚未掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù)。這就使得我國(guó)碳纖維在質(zhì)量、技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模等方面均與國(guó)外存在很大差距，絕大部分高性能增強(qiáng)材料都長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，價(jià)格非常昂貴。由于缺乏創(chuàng)新與集成和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，極大地制約了我國(guó)碳纖維復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展。

基于我國(guó)高性能碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)尚不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速、健康、持續(xù)發(fā)展的需求，國(guó)家發(fā)展改革委2008~2009 年組織實(shí)施高性能纖維復(fù)合材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，重點(diǎn)支持碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)聚乙烯纖維及其高性能復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)及關(guān)鍵裝備的產(chǎn)業(yè)化示范，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及航空航天等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，培育一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)。這一舉措將為我國(guó)從材料大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧蠌?qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。今年5月，由鷹游紡機(jī)自主研發(fā)的碳纖維生產(chǎn)線和神鷹碳纖維項(xiàng)目通過國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，標(biāo)志著我國(guó)碳纖維生產(chǎn)已成功實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。