第一篇：碳及碳纖維復(fù)合材料

碳及碳纖維復(fù)合材料

碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語(yǔ)為：Carbonium，意為“煤，木炭”。漢字的“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁構(gòu)成，從“炭”字音。

碳是一種非金屬元素，無(wú)臭無(wú)味的固體?。無(wú)定形碳有焦炭?，木炭?…等，晶體碳有金剛石和石墨。冶鐵和煉鋼都需要焦炭。在工業(yè)上和醫(yī)藥上，碳和它的化合物用途極為廣泛。

碳是一種很常見(jiàn)的元素，它以多種形式廣泛地存在于大氣和地殼之中。

碳的一系列化合物——有機(jī)物更是生命的根本。碳能在化學(xué)上自我結(jié)合而形成大量化合物，在生物上和商業(yè)上是重要的分子。生物體內(nèi)大多數(shù)分子都含有碳元素。

碳也是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。

碳單質(zhì)很早就被人類(lèi)認(rèn)識(shí)和利用，如：金剛石、石墨（如：鉛筆芯、干電池芯）…等。

碳纖維(carbon fiber)，碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。顧名思義，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類(lèi)拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH 溶液中，時(shí)間已過(guò)去30多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。

碳材料主要有：碳碳復(fù)合材料、碳納米材料、碳纖維材料、新型碳材料?…等。

低碳材料（Low Carbon Materials）：意指能夠在確保使用性能的前提下降低不可再生自然原材料的使用量。制造過(guò)程低能耗、低污染、低排放, 使用壽命長(zhǎng)，使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，并可以回收再生產(chǎn)的新型材料。

低碳材料在生產(chǎn)、使用全過(guò)程實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是可持續(xù)和面向未來(lái)的材料。

在復(fù)合材料的大家族中，纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹(shù)脂復(fù)合的玻璃鋼問(wèn)世以來(lái)，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進(jìn)，使其復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。下面讓我們來(lái)了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。

結(jié)構(gòu)

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(lèi)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、耐摩擦、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。

碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過(guò)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。

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(shù)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。

碳纖維作為一種高性能纖維，因具有比強(qiáng)度高、比模量高、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)低、耐低溫性能良好…等特性而成為近年來(lái)樹(shù)脂基復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料。

用途

碳纖維的主要用途是與樹(shù)脂、金屬、陶瓷…等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料---碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料（碳纖維樹(shù)脂），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。在密度、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)。

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，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對(duì)新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。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。

由碳纖維和環(huán)氧樹(shù)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。因?yàn)楹教祜w行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭(zhēng)相采用先進(jìn)復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。據(jù)報(bào)道，美國(guó)航天飛機(jī)上3只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部件以及先進(jìn)的MX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的。

現(xiàn)在的F1（世界一級(jí)方程錦標(biāo)賽）賽車(chē)，車(chē)身大部分結(jié)構(gòu)都用碳纖維材料。頂級(jí)跑車(chē)的一大賣(mài)點(diǎn)也是周身使用碳纖維，用以提高氣動(dòng)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹(shù)脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車(chē)板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。

人造衛(wèi)星和飛機(jī)部件都需碳纖維：據(jù)了解，碳纖維材料是一種具有很高強(qiáng)力和模量的耐高溫纖維，是化纖的高端品種。用碳纖維制造的復(fù)合材料具有質(zhì)地強(qiáng)而輕、耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕等眾多優(yōu)點(diǎn)。碳纖維復(fù)合材料中的CFRP“碳纖維增強(qiáng)塑料”則更是具有一般材料無(wú)法比擬的特性：它的比重是鐵的五分之一，強(qiáng)度卻是鐵的10倍，剛性是鐵的7倍，抗疲勞強(qiáng)度是鐵的2倍。同時(shí)，還具有熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電性強(qiáng)、耐振、耐水、耐腐蝕、不易生銹、拉伸強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度大，韌性?xún)?yōu)異等特點(diǎn)。

“正是因?yàn)樘祭w維有這么多的優(yōu)點(diǎn)，所以它既能用來(lái)制造航天飛機(jī)，也能用來(lái)作為iphone等高端手機(jī)的外殼。”日本超級(jí)樹(shù)脂工業(yè)株式會(huì)社營(yíng)業(yè)部(相當(dāng)于中國(guó)企業(yè)的業(yè)務(wù)部)部長(zhǎng)古閑森淳告訴記者。諸多優(yōu)點(diǎn)使碳纖維復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、船舶、壓力容器、醫(yī)療設(shè)備、建筑材料、機(jī)車(chē)賽車(chē)、風(fēng)電葉片、油田開(kāi)發(fā)、體育娛樂(lè)用品等民用以及軍事領(lǐng)域。

在這些領(lǐng)域，碳纖維都可以取代金屬，我們熟知的波音747客機(jī)，50%以上的材料為碳纖維，這種輕便材料的采用，可節(jié)省大量燃油。未來(lái)，汽車(chē)、賽車(chē)、摩托等零部件也將實(shí)現(xiàn)碳纖維材料的替換。中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)材料領(lǐng)域戰(zhàn)略研究小組在就中國(guó)先進(jìn)材料研究的未來(lái)方向的探討中也提到：“2020年，高性能碳纖維主要應(yīng)用于大型飛機(jī)、宇宙飛船、風(fēng)力發(fā)電用葉片等領(lǐng)域。”

碳纖維復(fù)合材料的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

(1)宇航工業(yè)用作導(dǎo)彈防熱及結(jié)構(gòu)材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層;衛(wèi)星構(gòu)架、天線、太陽(yáng)能翼片底板、衛(wèi)星-火箭結(jié)合部件;航天飛機(jī)機(jī)頭,機(jī)翼前緣和艙門(mén)等制件;哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量構(gòu)架,太陽(yáng)能電池板和無(wú)線電天線。

(2)航空工業(yè)用作主承力結(jié)構(gòu)材料,如主翼、尾翼和機(jī)體;次承力構(gòu)件,如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩及座板等,此外還有C/C剎車(chē)片。

(3)交通運(yùn)輸用作汽車(chē)傳動(dòng)軸、板簧、構(gòu)架和剎車(chē)片等制件;船舶和海洋工程用作制造漁船、魚(yú)雷快艇、快艇和巡邏艇,以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿;海底電纜、潛水艇、雷達(dá)罩、深海油田的升降器和管道。

(4)運(yùn)動(dòng)器材用作網(wǎng)球、羽毛球和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車(chē)、賽艇、釣桿、滑雪板、雪車(chē)等。

(5)土木建筑幕墻、嵌板、間隔壁板、橋梁、架設(shè)跨度大的管線、海水和水輪結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發(fā)熱嵌板、抗震救災(zāi)用補(bǔ)強(qiáng)材料。

(6)其它工業(yè)化工用的防腐泵、閥、槽、罐;催化劑,吸附劑和密封制品等。生體和醫(yī)療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、X光機(jī)的床板和膠卷盒。編織機(jī)用的劍竿頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲(chǔ)能及防靜電等材料也已獲得廣泛應(yīng)用。

優(yōu)勢(shì)

1、高強(qiáng)度（是鋼鐵的5倍）

2、出色的耐熱性(可以耐受2000℃以上的高溫)

3、出色的抗熱沖擊性，抗熱沖擊和熱摩擦的性能優(yōu)異。

4、低熱膨脹系數(shù)(變形量小)

5、熱容量小（節(jié)能），比熱容高，能儲(chǔ)存大量的熱能，導(dǎo)熱率低。

6、比重小（鋼的1/5，密度1.7g/cm3左右），在承受高溫的結(jié)構(gòu)中，它是最輕的材料；高溫的強(qiáng)度好，在2200℃時(shí)可保留室溫強(qiáng)度；有較高的斷裂韌性，抗疲勞性和抗蠕變性；而且拉伸強(qiáng)度和彈性模量高于一般的碳素材料，纖維取向明顯影響材料的強(qiáng)度，在受力時(shí)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)“假塑性效應(yīng)”即在施加載荷初期呈線性關(guān)系，后來(lái)變成雙線性關(guān)系，卸載后再加載，曲線仍為線性并可達(dá)到原來(lái)的載荷水平。

7、優(yōu)秀的抗腐蝕與輻射性能，8、耐熱燒蝕的性能好，熱燒蝕性能是在熱流作用下，由于熱化學(xué)和機(jī)械過(guò)程中引起的固體材料表面損失的現(xiàn)象,通過(guò)表層材料的燒蝕帶走大量的熱量,可阻止熱流入材料內(nèi)部, C-C材料是一種升華-輻射型材料。

目前世界上最輕的固體材料——碳海綿

2013年3月，浙江大學(xué)高分子系高超教授的課題組制造出一種超輕物質(zhì)，取名“碳海綿”，這是一種氣凝膠，世界上最輕的一類(lèi)物質(zhì)，它的內(nèi)部有很多孔隙，充滿(mǎn)空氣。

“碳海綿”可任意調(diào)節(jié)形狀，彈性也很好，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀。它對(duì)有機(jī)溶劑有超快、超高的吸附力，是已被報(bào)道的吸油力最強(qiáng)的材料。

2011年，美國(guó)科學(xué)家合作制造了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，是當(dāng)時(shí)最輕的固體材料。把這種材料放在蒲公英花朵上，蒲公英茸毛幾乎沒(méi)變形。高超課題組這些年一直從事石墨烯宏觀材料的研發(fā)。他們用石墨烯制造出了氣凝膠——“碳海綿”。“碳海綿”每立方厘米重0.16毫克，比氦氣還要輕，約是同體積大小氫氣重量的兩倍。從當(dāng)時(shí)公開(kāi)的報(bào)道看，“碳海綿”是世界上最輕的固體。

這種“碳海綿”是用石墨烯制造的，研究稱(chēng)它可以用來(lái)處理海上原油泄漏事件，還可能成為理想的儲(chǔ)能保溫材料、催化劑載體及高效復(fù)合材料，有廣闊前景。

“碳海綿”可任意調(diào)節(jié)形狀，彈性也很好，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀。它對(duì)有機(jī)溶劑有超快、超高的吸附力，是已被報(bào)道的吸油力最強(qiáng)的材料。現(xiàn)有吸油產(chǎn)品一般只能吸自身質(zhì)量10倍左右的液體，而“碳海綿”能吸收250倍左右，最高可達(dá)900倍，而且只吸油不吸水。

“碳海綿”這一特性可用來(lái)處理海上原油泄漏事件——把“碳海綿”撒在海面上，就能把漏油迅速吸進(jìn)來(lái)，因?yàn)橛袕椥裕M(jìn)的油又?jǐn)D出來(lái)回收，碳海綿也可以重新使用。

另外，“碳海綿”還可能成為理想的儲(chǔ)能保溫材料、催化劑載體及高效復(fù)合材料，有廣闊前景。

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參考網(wǎng)址：

碳纖維世界

中國(guó)碳素材料網(wǎng)

中國(guó)碳纖維網(wǎng)

復(fù)材在線

復(fù)材論壇

第二篇：碳纖維材料簡(jiǎn)介

碳纖維材料簡(jiǎn)介

從愛(ài)迪生首先將竹子纖維碳化成絲制成電燈燈絲.開(kāi)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(yú)竿、網(wǎng)球拍自行車(chē)、汽車(chē)零部件等目前國(guó)外設(shè)計(jì)師也已經(jīng)開(kāi)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(guò)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(lái)說(shuō)以聚丙烯晴基碳纖維為例制備需完成以下兩個(gè)基本過(guò)程:(1)熱穩(wěn)定氧化處理

纖維原絲通過(guò)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(guò)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(mén)而出.最后遺留下來(lái)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(guò)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(shù)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(lái)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(shù)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(wú)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(guò)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(guò)6m為宜。為防止材料在保管過(guò)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(shù)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(shù)脂的主劑、固化催促劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱(chēng)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(shù)脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉(專(zhuān)用工具)沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹(shù)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(guò)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(wú)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(kāi)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(kāi)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?chē)道，PAN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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)氧化氫等溶液。氧化溫度一般為200～400℃。在預(yù)氧化過(guò)程中，要求纖維氧化均勻，不應(yīng)該形成中心過(guò)低、邊緣過(guò)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(shù)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(shù)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(lái)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(lái)源的非航天級(jí)粘膠原絲新原料開(kāi)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(yáng)能電池板和天線中。現(xiàn)今的人造衛(wèi)星上的展開(kāi)式太陽(yáng)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(shù)脂基復(fù)合材料被作航天飛機(jī)艙門(mén)、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(lái)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(yǔ)

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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(lái)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)

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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(shù)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(lèi)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(wú)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(shù)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(chē)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(kāi)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(wú)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(guò)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(lài)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(guò)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(lèi)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(lèi)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(méi)有明顯的氧化發(fā)生，也沒(méi)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(guò)程易產(chǎn)生吸附氣體脫氣情況，這樣的過(guò)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(lái)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(lèi)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(lài)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(lèi)及其擴(kuò)散機(jī)理決定了上述性質(zhì)。碳素材料這類(lèi)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂基復(fù)合材料 碳纖維增強(qiáng)樹(shù)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(shù)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(lái)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(lái)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(wú)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(shù)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(chē)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(chē)副。這種剎車(chē)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(yú)竿

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的釣魚(yú)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(yú)竿長(zhǎng)而好，剛性大，釣魚(yú)竿在彎曲之后能迅速?gòu)?fù)原，使其傳遞誘餌的感覺(jué)較為靈敏。現(xiàn)在已有商品銷(xiāo)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(guò)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(chē)

用石墨纖維長(zhǎng)絲制成的管材可用來(lái)制造比賽車(chē)或通用自行車(chē)的車(chē)架,其特點(diǎn)是重量輕，比鋼制架可減重50%左右，使自行車(chē)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(lái)制造越野賽汽車(chē)，它的特點(diǎn)是重量輕。用金屬材料制造的同樣車(chē)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(chē)領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料最著名的運(yùn)用無(wú)疑是F1車(chē)身。為了使重量保持最小，所有車(chē)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(chē)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(shù)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(lái)制取。

據(jù)了解，目前全球碳纖維產(chǎn)能約3.5萬(wàn)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(wèn)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(lài)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(mǎn)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(zhuān)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(mǎn)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(guò)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。