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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划碳纤维材料应用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
2、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。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
3、把碳纤维用于网球和羽毛球拍，实现了碳纤维增强塑料化。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样,是主要由碳元素组成的物质,具有以下特性:轻
4、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1.82.6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,
5、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。三、碳纤维材料的应用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,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。XX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,
6、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。体育运动领域碳纤维在运动领域的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XX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
7、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。而作为一个自行车爱好者，我更想介绍一下碳纤维在山地车中的应用。碳纤维主要用于制造山地车的车架。碳纤维车架的特征是：轻、钢性好、冲击吸收性好。但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感
8、到有一种向后拉的力量。碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。一般制造业领域在一般工业制造领域中,碳纤维材料现已成为汽车制造商青睐的材料,在汽车内外装饰中开始大量采用。据悉,福特和保时捷生产的评语：成绩：XX-XX第1学期复合材料课程论文姓名：李崴学号：XX0403B013学院：材料与化工学院年级：XX级专业：材料科学与工程指导老师：向道平老师碳纤维复合材料的特性与应用现状李崴XX0403B013海南大学材料与化工学院材料科学与工程专业海南海口摘要：本文主要阐述了碳纤维复合材料的独特的力学，耐腐蚀性，界面结
9、合强度，吸波性等优良性能，进一步总结了碳纤维复合材料的应用领域的研究,最后指出了碳纤维复合材料未来发展的趋势并对其发展与应用前景进行了展望。关键词：碳纤维复合材料性能应用0前言碳纤维(Carbonfiber，简称CF)是含碳量高于90%的无机高分子纤维，是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，也是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。作为优异的增强体，高性能碳纤维的加入能大幅提高材料的强度、模量、阻尼、减振性能、低热膨胀导电导热性好系数等优异性能，碳纤维增强复合材料(CFRP)是目前最先进的复合材料之一，在风力发电1
10、、航空航天2,3、汽车4、建筑5-7、计算机8、空间光学结构9等领域有诸多的应用，逐渐成为现代高新技术领域最有应用前景的一种复合材料。1碳纤维增强复合材料的特性碳纤维增强复合材料(CFRP)由于与传统材料相比具有独特的力学性能，电阻特性，耐磨损性，界面结合强度，吸波性等优良性能，在国内引起了广大科研工作者的兴趣和喜好，并在近今年取得了很多成就。强度金属材料在外载荷的作用下抵抗塑形变形和断裂的能力称为强度。根据受力种类的不同分为以下几种：(1)抗压强度-材料承受压力的能力；(2)抗拉强度-材料承受拉力的能力；(3)抗弯强度-材料对致弯外力的承受能力；(4)抗剪强度-材料承受剪切力的能力。本文将进
11、行简单的阐述。抗拉强度由连续增强碳纤维和树脂基体组成的复合材料-碳纤维增强复合材料与传统加固材料相比，CFRP具有抗拉强度高、自重轻、施工方便等优点10。罗小萍等11对炭纤维进行了表面化学镀镍处理，采用粉末冶金热挤压法将镀层炭纤维与镁基体复合，当炭纤维含量为%的镁基预制体采用压制压力为420MPa，烧结温度为550，保温后，480用280MPa的压力进行热挤压得到镀层炭纤维/镁基复合材料的抗拉强度达167MPa，同时硬度、屈服强度分别为120MPa，125MPa。弯曲强度艾娇艳等12将碳纤维增强聚碳酸酯(PC)与玻璃纤维增强聚碳酸酯(PC)复合材料性能对比进行了研究，发现碳纤维增强PC在机械性
12、能、电性能和加工性等方面有明显的提高。随着碳纤维含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势。龚伟平等13采用溶胶-凝胶法在炭纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过球磨混合均匀、热压烧结制备炭纤维增强羟基磷灰石复合材料，用三点弯曲法测试复合材料的弯曲强度。结果表明，球磨时间影响羟基磷灰石中炭纤维的长度及其分布，球磨时间以h为宜。表面涂层TiO2的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度比未涂层的高，尤以用丙酮除胶、盐酸与水量比例为:8进行TiO2涂层，得到的炭纤维增强羟基磷灰石的弯曲强度最高。在炭纤维表面均匀涂覆一层厚度合适TiO2薄膜有利于提高炭纤维增强羟基磷灰石复合材料的力学性能。抗压强度项东虎等
13、14采用直碳纤维和螺旋碳纤维增强PTFE复合材料，发现直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势，螺旋碳纤维增强复合材料的硬度则缓慢提高，两种纤维均可使抗压强度提高，且螺旋碳纤维的效果更为明显。断裂韧性高弹性模量的碳纤维对材料既能增强，又可显著增韧。碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高界面断裂韧性15；在水泥砂浆中掺入碳纤维可显著提高水泥砂浆的断裂韧度和断裂能，且随着碳纤维掺量的增加，断裂韧度和断裂能随之增大6，水泥基材料的密度和弹性模量降低、泊松比也随之增加16；采用碳纤维填充改善聚四氟乙烯(PTFE)，大大改善了纯PTFE的塑性性能14。耐磨性项东虎等14选用螺旋碳纤
14、维(CMCs)和直碳纤维(SCF)填充改善聚四氟乙烯(PTFE)的综合性能。测试了纯PTFE及其复合材料的摩擦磨损、硬度、抗压强度等性能，并利用扫描电镜对磨损表面及残留在表面的磨屑和转移膜进行形貌观察。结果表明：添加其中任何一种碳纤维都会不同程度地提高PTFE复合材料的摩擦因数，高载下的摩擦因数稍低于低载下的摩擦因数，另外，随着碳纤维含量的增加，其耐磨性能逐步提高，磨损率下降。灵敏性功能响应的机理碳纤维水泥基复合材料能以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。碳纤维水泥基复合材料界面性能对其功能响应特性的具体机理17为：碳纤维在拔出力的作用下，试样界面力及电阻变化率随着拉伸位移的增加
15、而逐渐增大，当界面力达到极值时，纤维与基体间的结合被破坏，电阻迅速上升。试验所表现出的这种电学特性可用隧道效应理论来描述。界面应力的作用使材料内部导电网络发生改变，引起隧道电流的变化，从而导致了电阻的变化。在荷载作用下，碳纤维水泥基复合材料通过界面将载荷传递给碳纤维，碳纤维和基体之间界面应力的变化导致界面结构变化，材料内部的导电网络发生改变，其电导率变化能够反映材料在受载过程中的应力-应变并具有灵敏的响应，材料表现出机敏性。连续碳纤维增强水泥基复合材料在弹性阶段，其电阻随拉力增大而可逆增大，随拉力减小而可逆减小18。电阻特性碳纤维水泥基复合材料CFRC电阻率19随着碳纤维体积分数的提高而下降；碳纤维掺入量存在一个饱和点，超过此饱和点，碳纤维水泥基复合材料的电阻率变化趋于稳定；碳纤维水泥基复合材料电阻率随加载频率的增大而降低。不同成型压力制备的复合材料电阻率均随温度升高而呈先增大后减小的趋势20。较小成型压力制备的CFRC，其临界温度为75-100；较大成型压力制备的CFRC，其临界温度为100-120。杨淑霞21采用电镀Cu碳纤维与化学镀Cu的Ti3SiC2粉及Cu粉进行湿混，通过真空热
