碳纤维材料简介
从爱迪生首先将竹子纤维碳化成丝制成电灯灯丝.开启了碳纤维应用的先河, 一直到今天碳纤维假肢力助'`刀锋战士'`皮斯托瑞斯让他在伦敦奥运会的赛场上大放异彩碳纤维这种一直被认为是非常神秘的高科技材料如今正逐渐走入大众的生活之中.我们周遭的很多产品上都或多或少地采用了这种材料,比如钓鱼竿、网球拍自行车、汽车零部件等目前国外设计师也已经开始尝试将这种高科技材料应用到家具产品中去, 给传统的家具行业注入了新的活力。
1 概述
碳纤维(C arb o n F .b e r .C F ) 是一种具有高强度和高模量的耐高温纤维是化纤的高端品种, 一般按原料
的不同可将碳纤维分为聚丙烯晴基(po lva er丫Ion ,tr, le )碳纤维、沥青(P lteh ) 基碳纤维和粘胶基(Vi so os e一ba sed) 碳纤维等。其中聚丙烯晴基碳纤维由于碳化率较高(4 0 % 一4 5 % ) , 且生产过程和本相对后两者要简单低廉因此他的产量也是最大的.是目前世界碳纤维的主流。但不论是哪种碳纤维, 其制造工艺都是十分复杂的简单来说以聚丙烯晴基碳纤维为例制备需完成以下两个基本过程:
(1) 热稳定氧化处理
纤维原丝通过含有氧气的高温炉体(20 0 ℃一3 0 0 C ) 材料受热软化.内部结构由原先的聚丙烯睛的线状结构, 转成较稳定且坚固的六角形排列。
(2) 碳化或石墨化
经过氧化处理后的原丝在惰性气体保护下加热至I0 0 0 C 以上的高温, 这时高分子结构中的氧、氢等元素会因受不了高温纷纷夺门而出.最后遗留下来的就只剩碳了。
制备完成后的碳纤维束一方面具有一般碳素材料的共有特性.如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等另一方面.从原子层面看碳纤维跟石墨很相似.是由一层层以六角型排列的碳原子所构成两者之间的差别在于石墨是晶体结构它的层间连结松散.而碳纤维层间连结是不规则的这样就可以防止层间的滑移.从而使碳纤维在沿纤维轴方
向表现出很高的强度。
2 材料特点
从以上对碳纤维材料的制备介绍我们可以知道材料的独特结构使其具有非常优异的物理化学性能碳纤维最优异的性能是比强度(抗拉强度/ 密度)和比模量(弹性模量/ 密度)超过一般的增强纤维。通常材料的比强度越高则构件自重愈小:比模量越高.则构件的刚度愈大.而碳纤维和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高出几倍, 这也是为什么现在越来越多需要高强度轻量化的产品都会使用这种材料的原因, 碳纤维也因此成为了`'轻量化“的代名词。
此外.碳纤维材料还具有以下一些特性
（1）极佳的耐热性(可耐20 0 0 c 的高温)和尺寸稳定性(热膨胀系数小)
（2）由于碳纤维与基体复合可缓和破坏裂纹的扩展因此其疲劳强度
非常高，
(3 ) 良好的耐腐蚀性和导电性以及电传导及电磁波屏蔽性
(4 )具有纤维般的柔曲性可编织和缠绕成型可加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等多种材料中制成复合材料应用灵活。
《家具》2 0 1 2 年第6 期
碳纤维布基本知识 用途： 碳纤维布与结构胶配套使用成为碳纤维复合材料，适用于混凝土结构、木质结构的加固，可有效提高构件的承载力、抗震性能和耐久性。是处理下列工程问题的优秀备选方案： 1、建筑物使用荷载增加； 2、工程使用功能改变； 3、材料老化； 4、混凝土强度等级低于设计值； 5、结构裂缝处理； 6、恶劣环境服役构件修缮、防护。 其他用途：人造卫星、飞机、火箭、体育用品、工业产品等众多领域。 特点： 1、碳纤维抗拉强度高，高于普通钢10-15倍； 2、耐酸碱，抗腐蚀，适宜在恶劣环境中服役；与结构胶配合使用，能阻止有害介质浸渗，对内部结构起保护作用；
3、比重是钢材的23%，基本不增加构件自重，不改变构件截面尺寸； 4、可弯曲缠绕成型，对各类曲面、异型构件加固优势更为显著； 5、可任意剪裁，易粘贴，施工质量易于保证。不需大型施工机具，可搭接粘结任意延长，无明火作业，施工工期短。
碳纤维布使用说明 碳纤维布均与配套结构胶配合使用,形成高性能复合材料。碳纤维加固工艺流程：
构件表面处理→粘贴面修补找平(若平整，此步骤可省去)→涂底胶→卸荷(根据实际情况和设计要求，此步骤有时省去)→配置面胶和裁剪碳纤维布→粘贴碳纤维布→固化→检验→维护 1.构件表面处理 2.粘贴面修补找平(若平整，此步骤可省去) 3.配置底胶 4.卸荷(根据实际情况和设计要求，此步骤有时省去) 5.配置面胶和裁剪碳纤维布 6.粘贴碳纤维布 7.固化 8.检验 9.维护 碳纤维发展简史 1860年，斯旺制作碳丝灯泡 1878年，斯旺以棉纱试制碳丝
1879年，爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45小时）1882年，碳丝电灯实用化1911年，钨丝电灯实用化 1950年，美国Ｗright--Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维 1959年，美国ＵＣＣ公司生产低模量黏胶基碳纤维“Ｔhornel—25”，日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了ＰＡＮ基碳纤维 1962年，日本碳公司开始生产低模量ＰＡＮ基碳纤维（０.５吨/月） 1963年，英国皇家航空研究所（ＲＡＥ）的瓦特和约翰逊成功地打通了制造高性能ＰＡＮ基碳纤维（在热处理时施加张力）的技术途径 1964年，英国Courtaulds,Morganite和Roii--Roys公司利用ＲＡＥ技术生产ＰＡＮ基碳纤维 1965年，日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维美国ＵＣＣ公司开始生产高模量黏胶基碳纤维（石墨化过程中牵伸） 1970年，日本吴羽化学公司生产沥青基碳纤维（１０吨/月），日本东丽公司与美国ＵＣＣ进行技术合作 1971年，日本东丽公司工业规模生产PAN基碳纤维（1吨/月），碳纤维的牌号为T300，石墨纤维为M40 1972年，美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维日本用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
碳纤维布施工工艺方法和要求 一、应根据施工现场和被加固构件混凝土实际状况，拟定施工方案和施工计划。对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前准备工作。 （一）表面处理： 1、应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝 土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。 2、应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。 3、被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质， 直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处要进行导角处理并 打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20㎜。 4、混凝土表面应清理干净并保持干燥。 （二）涂刷底层树脂： 1、按产品供应商提供的材料配比进行配制；甲、乙两组胶按配比 装入容器桶内，采用电锤及扩大头钻头，转速在600转/分，搅 拌时间约8分钟；使胶无色差。搅拌均匀后方可使用。 2、应用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。应在树脂表面 指触干燥后立即进行下一步工序施工。 （三）找平处理： 1、应按产品供应商提供的工艺规定配制找平材料。 2、应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有楞角。 3、转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径应不小于20㎜。
4、应在找平材料表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。（四）粘贴碳纤维片材： 1、粘贴碳纤维布应符合下列要求： （1）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布； （2）应按产品供应商提供的工艺规定配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位； （3）用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得操作碳纤维布； （4）多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂指触干燥后立即进行下一层的粘贴； （5）在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。 2、应按下列步骤粘贴碳纤维板： （1）应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板，按产品供应商提供的工艺规定配制粘结树脂； （2）将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时，对底层碳纤维板两面均应擦拭干净； （3）擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈突起状，平均厚度不小于2㎜； （4）将涂有粘结树脂的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时，两板之间空隙应不小于5㎜；
碳纤维复合材料 目录 编辑本段概况 在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为 59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。 编辑本段用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端
什么是碳纤维布 碳纤维布(Carbon)又称碳素纤维布,碳纤布,碳布,碳纤维织物,碳纤维带,碳纤维片材(预浸布)等。 一、按碳纤维原丝不同主要可以分为:1,PAN基碳纤维布(市场上90%以上为该种碳纤维布);2,黏胶基碳纤维布;3,沥青基碳纤维布。 二、按碳纤维规格不同主要可以分为:1,1K碳纤维布;2,3K碳纤维布,3,6K 碳纤维布;4,12K碳纤维布;5,24K及以上大丝束碳纤维布 三、按碳纤维炭化不同主要可以分为:1,石墨化碳纤维布,可以耐2000--3000度高温;2,碳纤维布,可以耐1000度左右高温,3,预氧化碳纤维布,可以耐200--300度高温。 四、按织造方式的不同主要可以分为： 1、机织碳纤维布,主要有:平纹布,斜纹布,缎纹布,单向布等。 2、针织碳纤维布,主要有:经编布,纬编布,圆机布(套管),横机布(罗纹布)等。 3、编织碳纤维布,主要有:套管,盘根,编织带,二维布,三维布,立体编织布等。 4、碳纤维预浸布,主要有:干法预浸布;湿法预浸布;单向预浸布;预浸带;无托 布;有托布等。 5、碳纤维无纺布,非织造布,即碳纤维毡,碳毡,包括短切毡,连续毡,表面毡,针 刺毡,缝合毡等。 利用精炼油中的单体，在高温下把高强度聚丙烯腈纤维予以碳化后所生成的高纯度碳结晶纤维就是碳纤维，由于组成碳纤维的碳原子结晶体特性，它具有非常高的强度。但是，碳纤维通常不被单纯使用，它与环氧树脂等材料形成碳纤维复合材。 碳纤维布使用方法： 1、航空航天国防领域的碳纤维布一般是特制的军用牌号的1K，3K碳纤维布，平纹布为主，其特点是编制精细，强度高，一般和特制树脂配合使用； 2、体育娱乐器材领域如钓具，鱼杆，高尔夫球杆，一般是把碳纤维布做成各种各样的预浸布，非织造布为主，然后使用； 3、工业领域的碳纤维布用于如箱包、制鞋、汽车配件、摩托车配件，也是把碳纤维布做成各种预浸布，以编织布配合环氧树脂为主。其中土木建筑加固用的单向碳纤维布和配套环氧树脂使用。其用途之一：土木建筑,桥梁、隧道、混凝土结构抗震、加固、补强材料:碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，该材料与配套胶粘剂共同使用，可构成完整的性能卓越的碳纤维布材增强体系。该体系适用于梁、柱、板、隧道、圆形、弧等。2008.5.12地震之后,碳纤维布在土木建筑,桥梁、隧道、混凝土结构抗震、修复、加固、补强方面的应用得到大力,发展迅速,国产碳纤维布已经完全可以替代进口高价的碳纤维布。
强度与刚度 既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵 抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。 如何4定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的 这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。 通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材 料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。 所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。 由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各 相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。 由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的 厚度、铺设方向、铺层序列) 。 最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结 构几何。 稳定性 除了强度与刚度要求，设计者还需考虑复合材料部件的失稳，尤其是对一些细长杆结构，在 受压时，应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件，如果铺层不均匀， 也会产生翘曲失稳，所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层，以防变形不均匀。 一般情况下，在部件没有达到极限载荷之下，不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊 要求，可以产生失稳现象，那么设计过程中，要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。 铺层结构 铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键，如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结 构部件上，铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点： 1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说，0°、±45°、90°的纤维都要有，否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。 2. 为了防止层合板边缘开裂，尽量避免重复单一方向的铺层，设计时最多不超过5层。 3. 为了防止最外层铺层的剥离，在部件的主载荷方向，应铺放±45°纤维，而不能铺放0°和90°纤维。另外，避免最外层铺层间断或不完整。 4. 若使用非对称铺层，每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲，因此，一般要采用对称 铺层。 5. 当增加补强铺层时，每层阶梯最少要3.8- 6.4mm，附加铺层也应尽量采用对称铺层。
1炭素纤维技术介绍 1.1炭素纤维生态草处理技术简介 炭素纤维生态草是用于净化受污染水域，修复水环境生态的优良选择，其实现了对环境的零负荷与完全的生物安全。 炭素纤维生态草具有极高的吸附性与生物亲和性，太阳光照射，炭素纤维生态草发出超音波，吸引微生物菌群。这些菌群在其表面形成粘着性活性生物膜。这些微生物以有机污染物为食，通过自身的新陈代谢作用分解水体中的有机污染物。同时很重要的是，以微生物为食的小鱼等其他小生物会聚集在炭素纤维生态草的周围，炭素纤维生态草成为鱼类及其他高级水生动物的优良卵床与养育空间。水体中的生物链，食物链修复回健康状态。水体恢复生命。利用炭素纤维治理水，构建水下森林，给水生生物搭建栖息地，以微生物、小虾小鱼、大鱼为基础的循环生态链逐步建立。 在日本，利用炭纤维技术，成功的修复了受污染的榛名湖，挽救了面临灭绝的当地独有的公鱼以及当地的传统旅游业。在其他240个案例与实验中，炭纤维的这些特性，是都得到证明的。在中国海南三亚市、江苏省苏州市景观河湖水质改善及生态修复项目上得到应用。项目水质指标均达到设计要求，水体生物多样性得到有效改善。 1.2炭素纤维生态草技术特征 a) 高生物附着比表面积 炭素纤维生态草比表面积1000m2/g.利用此特性，其能高效吸收、吸附、截留水中溶解态和悬浮态的污染物，提高水体的透明度，并为各类微生物、藻类和微型动物的生长、繁殖提供良好的着生、附着或穴居条件，最终在炭素纤维上形成薄层的具有很强净化活性功能的“生物膜”。 炭素纤维生态草与其它载体生物附着比表面积的比较
b) 生物膜结构 在炭素纤维表面形成的生物膜一个断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。在好氧区，好氧菌将氨氮转化为硝基氮，并把小分子有机物转化为二氧化炭和水（把可溶的无机磷转化为细胞体内的ATP），在厌氧区，厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气（把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物）。最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N2、CO2和H2O。附着在炭素纤维上的大量微生物群，微生物群难以脱落，其上黏附的污染物难以溶出及扩散，抑制了环境的恶化。在水流的影响下，产生收缩运动，从而促进了污染物质的分解。 c) 专利编织技术，平铺、垂立安装设计 炭纤维人工草场的专利编织组合方式，可以促进海藻及生物类的着床同时形成水体珊瑚礁功能，更有利于孵化、养鱼幼鱼及其他水生动物，躲避大鱼的袭击。平铺形式的西阵带织物状，可以有效的消减底泥污染，抑制底泥内源污染物的释放。悬挂水中放置形式，解决了水体中间层微生物的载体问题。（水表面好氧菌活跃层、底层厌氧菌在底泥内部活跃，水体中间因缺乏微生物载体而微生物活动性不强）。安装设置容易结合景观文化设计，可利用生物浮岛等配合进行景观的绿化与文化内涵的结合。 d) 基于声波效应特性与材料特性基础上的生物亲和性 炭素纤维生态草，经太阳光等射线照射后，发出声波，其波段与微生物感知波段吻合，形成呼应，促使微生物迅速聚集在炭纤维周围。其发出的声波一方面激活微生物，提高微生物膜的活性，提高污染物分解速度；另一方面，通过声波吸引鱼虾贝类，聚集在其周围，形成具有生产者、消费者、分解者的完整生态链。同时炭素纤维柔软且表面形成黏着性的生物膜，是鱼、虾、贝类等水生生物优良的产卵、生息的繁殖场所，经过科学实验观察，其生物卵床功能甚至优于真实水
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
碳纤维的特性及应用 碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点，归纳如下： 一、轻质、高强度、高模量 碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。 二、热膨胀系数小 绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃时为零，在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具。 三、导热性好 通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。 四、耐化学腐蚀性好 从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广。 五、耐磨性好 碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。 六、耐高温性能好 碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。 七、突出的阻尼与优良的透声纳 利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等。 八、高X射线透射率 发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。 九、疲劳强度高 碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。
聚丙烯腈基碳纤维简介及其发展概况 摘要：聚丙烯腈基碳纤维为人造合成纤维，是一种力学性能优异的新材料，在航空航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。生产碳纤维采用特殊组分且性能优异的专用PAN基纤维即ＰＡＮ原丝。本文简要介绍国内外PAN基碳纤维的发展概况和现状，ＰＡＮ基碳纤维的应用，重点介绍了PAN基碳纤维的结构、性能、纺丝、制备等技术，以及分析我国碳纤维与世界先进国家之间的差距及存在的问题且提出一些建设性意见。 关键词：聚丙烯腈基碳纤维纺丝国内外发展比较差距 碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90％以上，成为最主要的品种。碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基生产工艺简单，产品综合性能好，因而发展很快，产量占到９０％以上，成为最主要的的品种。 一、碳纤维及其发展史 1.1碳纤维的先驱——斯旺和爱迪生 碳纤维的起源可追溯到１９世纪６０年代，１８６０年，英国人约瑟夫·斯旺用碳丝制作灯泡的灯丝早于美国人爱迪生。十九世纪后期他俩各自设计出了白炽灯泡．他是研制碳丝的第一人，同时他的利用挤压纤维素成纤技术为后来合成纤维的问世起到了启迪作用。 爱迪生解决了碳丝应用与白炽灯的灯丝问题，他发明的电灯，这也是碳丝第一次得到了实际应用。１９１０年库里奇发明了拉制钨丝取代了碳丝作为灯丝，从此碳丝的研制工作停止了下来。指导了２０世纪５０年代碳丝的研制又重新出现在现在的材料科学的舞台上，但研究的目的是为了解决战略武器的耐高温和耐烧耐腐蚀材料，今天的碳纤维已经形成了一个举足轻重的新型材料体系，已广泛应用于航空、军事和民用工业领域，而且仍在强劲发展．1.2碳纤维的三大原料路线 黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维，其中以聚丙烯腈基碳纤维应用最为广泛，也是本文将要为大家介绍的。 1.3聚丙烯腈碳纤维的发明者――近藤昭男 近藤昭男从业于大阪工业大学技术实验所，在碳研究室从事于碳素的崩散现象和碳素的崩散碳素胶状粒子的研究。他研究了应运腈纶在一系列热处理过程中物性和结构的变化，即开始研制ＰＡＮ基碳纤维。虽然近藤昭男发明了用ＰＡＮ原丝制造碳纤维的方法，但英国人瓦特在预氧过程中施加张力牵伸，打通了制取高性能碳纤维的工艺流程，从而牵伸贯穿了氧化和碳化的始终，成为研制碳纤维的重要工艺参数。所以近藤昭男发明了用PAN基原丝制造碳纤维的新方法，瓦特打通了制造高性能ＰＡＮ基碳纤维新工艺。 1.4从日本东丽公司碳纤维发展历程看PAN基原丝的重要性。 日本东丽公司无论碳纤维的质量还是产量都居世界之首，以该公司研发碳纤维历程给人们一个启迪，即原丝是制取高性能碳纤维的前提，没有质量好的原丝就不可能产出好的碳纤维 东丽公司成立于1926年，1962年开始研制PAN基碳纤维，原丝为民用腈纶，产不出
读《碳纤维及石墨纤维》总结 一、碳纤维和石墨纤维的发展概况 1.研究碳纤维的先驱： 1860年，英国人约琴夫?斯旺（J. Swan）用碳丝制作灯泡的灯丝，早于美国人爱迪生（T. A. Edsion）。斯旺未能解决灯泡的真空问题，爱迪生解决的真空问题。斯旺提出利用孔口挤压纤维素成纤维技术，为后来的合成纤维提供启示。 2.聚丙烯腈基碳纤维的发明者： 进藤昭男（日本大阪工业技术试验所）从事碳素的崩散现象和崩散素胶状粒子的研究以及反应堆所用碳材料中微量彭元素的去除。 进一步，他研究了民用腈纶在一些列热处理过程中物性和结构的变化，即开始研制PAN基碳纤维。研究结论是PAN纤维需要经氧化处理才能得到碳纤维，确定了制取PAN基碳纤维的基本工艺流程，即氧化和碳化。但未能制造性能好的碳纤维。 英国人瓦特（W. Watt）在预氧化的过程中施加张力牵引打通了制取高性能碳纤维的流程工艺，从此牵伸贯穿于氧化和碳化的始终，成为制造碳纤维最重要的工艺参数。 目前，牵张力已细化和量化，在不同热处理过程中施加适量的牵张力，以满足结构的转化。3.从东丽公司碳纤维发展历程看原丝的重要性： 日本东丽公司在碳纤维的质量和产量均位于世界之首。公司发展启示：原丝是制取高性能碳纤维的前提。 1962年，公司采用民用腈纶为原丝，但生产不出质量较好的碳纤维。 1967年，研究适合制造碳纤维的共聚原丝，把提高PAN（聚丙烯腈）原丝质量放在第一位。 目前主要经营T300（碳纤维，300为拉伸强度3Gpa），M40（石墨纤维,拉伸模量40Gpa）。 1981年，波音公司提出高强度、大伸长的碳纤维需求，制造大型客机的一次结构材料。 1984年，东丽公司成功研制T800，满足波音公司需求。 1986年，研制T1000；1992年，研制了M70J。 目前，T800H已经是制造大飞机（A380和B787）的主要增强纤维。T1000是碳纤维中拉伸强度最高、断裂伸长最大的碳纤维。M70J的拉伸模量最高达到690Gpa，是目前PAN基石墨纤维中最高的纤维。 碳纤维的单丝截面的SEM图从肾形（1976）变为圆形。圆形（2006）的碳纤维成为碳纤维质量的指标之一。 4.我国PAN基碳纤维的研究： 起始于20世纪60年代中期，中科院山西煤炭化学研究所于1976年建成我国第一条生产线。 整经加捻送丝机（100束）->1#预氧化炉170~220℃和牵伸5%->2#预氧化炉220~240℃和牵伸1%->3#预氧化炉240~270℃和牵伸0%->低碳炉400~700℃->高碳炉1250℃->浸胶槽->红外灯烘干->收丝机（100束）。加工后碳纤维的拉伸强度为2.8Gpa，拉伸模量为250Gpa，断裂伸长率为1.5%。 为了提高碳纤维的拉伸强度，当时采用补强处理。实验表明碳纤维的拉伸强度越低其补强效果越
碳纤维布编织技术 编织是一种基本的纺织工艺，能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体。这种工艺通常能够制造出复杂形状的预成形体，但其尺寸受设备和纱线尺寸的限制。在航空工业，目前该技术主要集中在编织的设备、生产和几何分析上，最终的目的是实现完全自动化生产，并将设备和工艺与CAD/CAM 进行集成。该工艺技术一般分为两类，一类的二维编织工艺，另一类是三维编织工艺。
传统的二维编织工艺能用于制造复杂的管状、凹陷或平面零件的预成形体，它与其它纺织技术相比成本相对较低。它的研究主要集中在研发自动化编织机来减少生产成本和扩大应用范围。它的关键技术包括质量控制、纤维方向和分布、芯轴设计等。它在航空工业的应用包括制造飞机进气道和机身J型隔框。该技术通常与RTM和RFI技术结合使用，另外也可以与挤压成形和模压成形联合使用。其应用水平在洛克希德?马丁公司生产F-35战斗机进气道制造中最能体现其先进性，加强筋与进气道壳体是整体结构，减少了95%的紧固件，提高了气动性能和信号特征，并简化了装配工艺。为了克服二维编织厚度方面强度低的问题，开发了三维编织技术，为制造无余量预成形体提供了可能。但是该技术同样受到设备尺寸限制。 针织 针织用于复合材料的增强结构始于上世纪90年代。由于它的方向强度、冲击抗力较机织复合材料好，且针织物的线圈结构有很大的可伸长性，易于制造非承力的复杂形状构件。目前国外已生产了先进的工业针织机，能够快速生产复杂的近无余量结构，而且材料浪费少。用这种方法制造的预成形体可以加入定向纤维有选择地用于某些部位增强结构的机械性能。另外，这种线圈的针织结构在受到外力时很容易变形，因此适于在复合材料上成形孔，比钻孔具有很大优势。但是它较低的机械性能也影响了它的广泛应用。 经编
碳纤维国内技术和生产 现状简介 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
国内碳纤维技术及生产现状 我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近40年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。20世纪70年代初突破连续化工艺，1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，当时生产能力为2t/a。20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究，于1998年建成一条新的中试生产线，规模为40t/a。我国主要研究单位有中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。 我国目前使用碳纤维量约占世界用量的1/5。巨大的市场潜力，供不应求的局面，必然促进我国碳纤维工业的发展。但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高性能PAN原丝的质量，在这基础上才有可能产业化，这是进市场的前提；同时，还需进行预氧化，碳化，石墨化设备及表面处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力，才能在保证质量的基础上降低成本。目前，内内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。 但由于对我国碳纤维产业发展的建议目前我国高性能碳纤维无论在质量上还是数量上与国外相比还有一定差距，远远满足不了需求。为此，尽快研究和发展我国自己的高性能碳纤维材料已迫在眉睫。碳纤维是一门多学科交叉、多技术集成的系统工程，质量的提升涉及到方方面面。以下几个方面应优先考虑。 1、提高PAN原丝质量 PAN原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和生产成本。换言之，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳纤维，才能稳定生产，提高产量，降低成本。对于现代碳纤维
碳纤维制备工艺简介资料． 碳纤维制备工艺简介 碳纤维(Carbon Fibre)是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90%以上。碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用。因此，碳纤维及其复合材料近年来发展十分迅速。
一、碳纤维生产工艺 可以用来制取碳纤维的原料有许多种，按它的来源主要分为两大类，一类是人造纤维，如粘胶丝，人造棉，木质素纤维等，另一类是合成纤维，它们是从石油等自然资源中提纯出来的原料，再经过处理后纺成丝的，如腈纶纤维，沥青纤维，聚丙烯腈(PAN)纤维等。 经过多年的发展，目前只有粘胶(纤维素)基纤维、沥青纤维和聚丙烯腈(PAN)纤维三种原料制备碳纤维工艺实现了工业化。 1，粘胶(纤维素)基碳纤维 用粘胶基碳纤维增强的耐烧蚀材料，可以制造火箭、导弹和航天飞机的鼻锥及头部的大面积烧蚀屏蔽材料、固体发动机喷管等，是解决宇航和导弹技术的关键材料。粘胶基碳纤维还可做飞机刹车片、汽车刹车片、放射性同位素能源盒，也可增强树脂做耐腐蚀泵体、叶片、管道、容器、催化剂骨架材料、导电线材及面发热体、密封材料以及医用吸附材料等。
虽然它是最早用于制取碳纤维的原丝，但由于粘胶纤维的理论总碳量仅44.5%，实际制造过程热解反应中，往往会因裂解不当，生成左旋葡萄糖等裂解产物而实际碳收率仅为30% 以下。所以粘胶(纤维素)基碳纤维的制备成本比较高，目前其产量已不足世界纤维总量的1％。但它作为航空飞行器中耐烧蚀材料有其独特的优点，由于含碱金属、碱土金属离子少，飞行过程中燃烧时产生的钠光弱，雷达不易发现，所以在军事工业方面还保留少量的生产。 2，沥青基碳纤维 1965年，日本群马大学的大谷杉郎研制成功了沥青基碳纤维。从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，是目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。大谷杉郎开始用聚氯乙稀(PVC)在惰性气体保护下加热到400℃，然后将所制PVC 沥青进行熔融纺丝，之后在空气中加热到260℃进行不熔化处理，即预氧化，再经炭化等一系列后处理得到沥青基碳纤维。 目前，熔纺沥青多用煤焦油沥青、石油沥青或合成沥青。1970年，日本吴羽化学工业公司生产的通用级沥青基碳纤维上市，至今该公司仍在规模化生产。1975年，美国联合碳化物公司(Union Carbide Corporation)开始生产高性能中间相沥青基碳纤维“Thornel-P”,年产量237t。我国鞍山东亚精细化工有限公司于20世纪90年代初从美国阿石兰石油公司引进年产200t通用级沥青基碳纤维生产线，1995年已投产，同时还引进了年产45t活性碳纤维的生产装置。 3，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维 PAN基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达45％以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面都比粘胶纤维简单，成本低，原料来源丰富，加上聚丙烯腈基碳纤维的力学性能，尤其是抗拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首。所以是目前应用领域最广，产量也最大的一种碳纤维。PAN基碳纤维生产的流程图如图1所示。
碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增
碳纤维加固混凝土结构施工工艺 碳纤维复合材料具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性和耐久性好等优点，碳纤维片加固补强混凝土结构的应用研究始于 20 世纪 80 年代美国、日本等发达国家，进入 20 世纪 90 年代中后期我国的许多科研机构和企业也相继进行了这方面的试验研究。 目前，在我国的北京、上海、天津、江苏、福建等许多地区的桥梁和工民建工程中得到了广泛的应用。其中有些是由于意外事故而导致结构或构件的承载能力而需补强加 固的；有些是由于混凝土强度或配筋不足而需补强加固的；有些是由于结构或构件达到或接近使用年限而需加固的；还有部分建筑是未进行抗震设防的，满足不了《建筑抗震鉴定标准》 GB50023-95 要求，需进行抗震加固。中国革命历史博物馆（以下简称“革历博”）就是属于后两种情况，进行综合比较后选择了碳纤维粘贴抗震加固的方式。下面结合“革历博”具体工程实例谈一谈碳纤维加固混凝土结构的 施工工艺。 ?碳纤维片加固简介 （ 1 ）特点 ①高抗拉强度、高弹性模量。 ②施工方便，无需任何夹具、模板，能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸，可多层粘贴，并能有效地封闭混凝土的裂缝；
③耐腐蚀及耐久性能好。 ④不增加结构自重。 （ 2 ）适用范围。适用于各种形式的钢筋混凝土结构或构 件的加固补强。 （ 3 ）加固机理。利用专用环氧树脂将抗拉强度极高的碳 纤维片粘贴于混凝土结构表面，并与之形成整体，共同工作。 ?施工工艺 在碳纤维加固施工前，应尽可能地卸去部分荷载，使碳纤维粘贴施工时结构或构件承受的荷载作用减小到最小程度。其加固施 3.1 混凝土基底处理 （ 1 ）裂缝处理。宽度小于 0.2mm 的裂缝，用环氧树脂进 行表面涂抹封闭；大于 0.2mm 的裂缝用环氧树脂灌缝。“革 历博”抗震加固的大梁大部分都有宽度不一的裂缝，最大裂 缝达到 1mm 以上，为此我们对所加固的主梁首先进行了压 力灌胶处理。 （ 2 ）将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净，达 到结构密实部位，使其表面平整。
别具特色的碳纤维复合材料 如何提高复合材料的强度一直是科技工作者努力探索的方向。在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的（见图6?/FONT>1）。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力研究，碳纤维的性能也不断完善和提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是 又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。 由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。同样，飞机重量的减轻也可以节省油耗，提高航速。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件棗喷嘴以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。 摘自《绚丽多彩的新材料》
碳纤维材料介绍 碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。由片状石墨微晶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晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为 23000-43000Mpa，也高于钢。 碳纤维复合材料可用作汽车车身、底盘、传动轴、轮毂、板簧、构架和刹车片等制件。目前钢铁材料约占车体重量的3/4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36%，二氧化碳排放量可削减17%。 一、碳纤维的优点 1、比强度高，是最佳的轻质高强车体材料。 2、轴向强度、模量高，无蠕变，制作传动轴。 3、正面碰撞时成无数细小碎片，吸收大量的撞击能（是钢结构4倍）安全性高。 4、兼备纺织纤维的柔软，可加工性强。 5、有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性好，寿命长，维修费用低。 6、冷热膨胀系数小，极端气候条件下尺寸稳定性高。
7、活性碳纤维超级电容器可提高能量密度，又可降低成本适用于电动车制动。 8、复合材料容易成型，制得满足空气动力学原理及美观需求的外形曲面。 9、表皮光滑美观，制造车身，可以省去高成本、繁琐的涂装工艺。 10、将不同零件一体成型，便于汽车结构的模块化、整体化制造。 碳纤维在汽车的应用实现了轻量化和刚性需求，达到节能减排、降低油耗的目的，碳纤维材料可以作为未来汽车的主流材料。 二、碳纤维的弊端 1、工艺复杂，主要采用热压罐,真空导入等传统工艺，这种工艺生产效率低、生产周期长、产品造价高，无法满足汽车大批量规模化生产要求。 2、成本相对高昂，碳纤维材料的价格是金属材料的数倍，制约了其在汽车领域的应用与发展。 3、设计人才缺乏，且由于该技术之前较少在国内应用，所以从事过碳纤维量产部件设计的人才非常稀缺。 总之，无论从性能还是环保角度出发，汽车轻量化都已成为一种必然趋势，而采用碳纤维材料是汽车轻量化的必由之路。中国正在大力推进新能源汽车的发展，所以碳纤维材料在新能源汽车领域中的应用前景非常广阔。