碳纤维是一种力学性能优异的新材料

PAN基碳纤维摘要:聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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。

本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。

关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能PAN基碳纤维应用前景航天军事体育用品1.碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。

碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。

碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。

2.PAN基碳纤维的制备从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN的聚合，原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。

2.1 PAN的聚合由于PAN分子结构的特性，纯聚体PAN不适宜作为碳纤维前驱体。

工业生产中，往往采用共聚PAN来制备PAN原丝。

引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。

但也可能带来一些负作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。

2.2 原丝的制备PAN在熔点（317°C）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。

干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内部的缺陷减少、致密性提高。

干湿法纺丝还具有高倍的喷丝头拉伸（3~10mm的空气层是有效拉伸区），纺丝速度高（为湿法纺丝的5~10倍），容易得到高强度、高取向度的纤维等特点，从而保证了碳纤维有足够的强度，是当前碳纤维原丝生产的发展方向。

【关键字】解决碳纤维联合仿真解决方案篇一：碳纤维及其加工技术摘要碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN）、沥青、粘胶纤维等为原丝，经预氧化和碳化制得的含碳量90 %以上的高强、高模、耐高温的特种纤维。

PAN 基碳纤维由于其力学性能优良，应用领域广泛，是当今碳纤维中的主要产品，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、耐疲劳和抗蠕变等一系列优异性能,为了充分发挥碳纤维的性能,对其进行表面处理非常关键。

分别介绍了碳纤维的气相氧化法、电解氧化法、液相氧化法、等离子氧化法、电聚合(来自: 小龙文档网:碳纤维联合仿真解决方案)法、气相沉积法和表面镀层等表面处理方法,并比较了不同处理方法对碳纤维表面结构和性能的影响。

碳纤维的表面处理对提高其使用性能是一个重要的保证措施,针对碳纤维不同的使用要求,应采用不同的表面处理方法。

碳纤维的这些特性也就意味着他们可以被应用于很多的领域。

主要的应用包括体育运动，例如高尔大球棒和钓鱼杆；航空应用包括飞机元件；和工业应用。

随着工业的不断进步，人们正在寻找很多具有新功能的材料，碳纤维的需求在逐渐增长，广泛地应用于医疗设备、压力容器、土木工程和建筑材料、能源、其它新的工业应用上。

碳纤维的生产成本也在逐渐降低，加工技术趋向多元化，制造商可以按照具体的应用提供一系列的碳纤维产品。

所有的这些都支撑了以工业应用为中心的新型应。

本文将从碳纤维的概况、结构与形态、加工技术、性能、应用等方面介绍关键词：碳纤维、加工工艺、表面处理、材料、强度、性能、功能、工业、发展目录1 碳纤维的概况 (1)世界碳纤维的概况 (2)我国碳纤维的概况 (3)碳纤维的优缺点 (4)碳纤维的分类 (4)根据原丝类型分类 (5)根据碳纤维的性能分类 (5)根据碳纤维功能分类.................................................................................5 2碳纤维的结构和形态................................................................................. 6 3碳纤维的加工. (6)碳纤维的生产工艺 (7)沥青制备碳纤维 (7)以粘胶纤维为原料制造碳纤维 (8)以聚丙烯腈(PAN)为原料制造碳纤维 (9)碳纤维的表面处理 (9)氧化处理 (10)涂覆处理 (10)射线、激光、等离子体处理 (11)接枝聚合表面处理.................................................................................11 4 碳纤维的性能 (12)碳纤维的力学性能 (12)碳纤维的物理性能 (13)碳纤维的化学性能.....................................................................................16 5 碳纤维的应用 (16)土木建筑 (17)工业上的应用 (17)航空、汽车复合材料的应用 (18)医疗卫生、体育用具....................................................................................18 6 碳纤维的展望 (19)碳纤维发展过程中存在的问题及解决措施 (19)碳纤维发展过程存在的问题 (20)我国发展碳纤维产业的应对措施 (20)碳纤维的发展前景.....................................................................................21 7结论............................................................................................................23 参考文献 (24)1 碳纤维的概述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。

聚丙烯腈基（PAN）碳纤维的性能、应用及相关标准.texindex../ 2010年6月15日 10:42 中国纤检摘要：聚丙烯腈基碳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。

本文简要介绍了国外PAN基碳纤维的发展历程和现状，PAN基碳纤维的制备、结构及性能及碳纤维的应用领域，详细介绍了PAN基碳纤维相关标准及检测，并对未来发展进行了展望。

关键词：碳纤维；聚丙烯腈；标准碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

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23000Mpa~43000Mpa亦高于钢。

材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。

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。

1 国外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状1.1国外发展现状1959年，媒体报道的日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利，由于该工艺简单，产品力学性能优良，因此发展较快,开创了碳纤维的新时代。

世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产，现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类。

日本和美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%[1]。

日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司(东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi)依靠其先进纺丝科学技术，形成高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还是数量上均处于世界前三位，占据了世界78%左右的产量。

采用碳纤维聚合物 CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)加固混凝土结构，是近几年来发达国家中新兴的成熟的加固技术，也是国内工程界日渐关注和发展中的加固应用技术。

本文以东莞市西四环路旧桥加固项目为例，着重阐述碳纤维布加固的施工工艺和质量控制。

旧桥加固；碳纤维布；配套村脂；有效操作时间；硬化养护碳纤维材料是一种力学性能优异的新材料，它的比重为 1.8g/cm3，不到钢的 1/4；而它的抗拉强度普通都在 3500MPa 以上，是钢的 15~20 倍；弹性模量大于 2.35×105MPa，亦高于钢。

因此，碳纤维材料的比重强度即材料的强度和其密度之比大大高于钢板，其比模量也比钢板高。

碳纤维布补强的加固原理就是采用层压方式，将浸透了树脂粘胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土桥板的底面、梁体或者墩柱的表面，并使其和混凝土结合成一体，从而达到加固混凝土桥梁结构的目的。

相对传统钢板补强，碳纤维布补强具有以下优点：施工成本低；施工时效便利迅速；施工空间不受限制；补强物形状不受限制；抗酸、碱、腐蚀及不渗透；补强品质易检测。

东莞市西四环路位于东莞市万江区，属 107 国道的一部份。

该项目总共有3 座大桥和 1 座中桥需加固处理，分别为曲海大桥、宏远大桥、万江大桥和牌楼基中桥， 4 座桥总长 1825.46m。

以曲海大桥为例，主桥结构为两座带挂孔的单箱双室预应力混凝土 T 构， T 构悬壁长4×40m，两端挂孔长 30m。

该 T 构悬臂根部梁高 6m，端部梁高 2m，挂孔为 30m，预应力简支 T 梁；引桥为多孔一联，桥面连续简支结构，上部构造为 20m 预应力混凝土空心板；下部结构为柱式墩、台，桩基础。

根据设计验算表明：在正常使用极限状态下各块空心板的承载能力能满足要求，但挨近中央分隔带侧的次边板及中板，在距中底板下缘存在较大的拉应力，需要加固防止其开裂。

引桥墩身配筋不足，截面尺寸偏小(柱径 1.0m) ，部份墩身极限承载力不满足要求。

聚丙烯腈（PAN）碳纤维黄洛玮1103860621摘要：聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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。

本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。

关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能 PAN基碳纤维应用前景1.概述碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

聚丙烯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。

2.PAN碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。

碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。

碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。

PAN选用的原因：1、PAN结构式:这是迄今发展高性能碳纤维最受人瞩目先驱体2、选用PAN原因：a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向；b、碳化收率（1000℃~1500℃）为50%~55%;c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏;d、在180℃附近存在塑性，便于纺丝后的改性处理和经受高温碳化处理。

碳纤维复合材料的拉伸强度引言碳纤维复合材料是一种具有优异力学性能和轻质化特点的新型材料，广泛应用于航空航天、汽车、体育用品等领域。

其中，拉伸强度是评价碳纤维复合材料性能的重要指标之一。

本文将详细介绍碳纤维复合材料的拉伸强度及其相关知识。

1. 拉伸强度的定义拉伸强度是指材料在拉伸过程中所能承受的最大拉力。

它是材料抵抗拉伸破坏的能力的一个重要参数。

通常以标称断裂强度来表示，单位为MPa。

2. 碳纤维复合材料的构成和制备碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成。

碳纤维是一种由碳元素组成的纤维状材料，具有高强度和高模量的特点。

树脂基体则起到支撑和保护碳纤维的作用。

制备碳纤维复合材料的过程主要包括以下几个步骤：1.碳纤维预处理：将原始碳纤维进行表面处理，提高其与树脂基体的黏结性；2.预浸料制备：将经过预处理的碳纤维浸渍于树脂基体中，形成预浸料；3.预浸料层叠：将多层预浸料叠加在一起，形成复合材料板材；4.热压固化：将复合材料板材放入热压机中进行高温高压的热固化处理；5.加工成型：根据产品的需求，对固化后的复合材料进行切割、成型等加工工艺。

3. 影响拉伸强度的因素碳纤维复合材料的拉伸强度受到多种因素的影响，主要包括：3.1 纤维性能碳纤维的性能直接影响到复合材料的拉伸强度。

碳纤维的强度和模量决定了复合材料的整体性能。

通常采用高强度、高模量的碳纤维可以提高复合材料的拉伸强度。

3.2 纤维体积分数纤维体积分数是指在复合材料中纤维的体积占比。

增加纤维体积分数可以提高复合材料的拉伸强度，因为纤维是主要承载力的成分。

3.3 树脂基体性能树脂基体的性能对拉伸强度也有一定的影响。

具有较高强度和良好黏结性的树脂基体可以提供更好的支撑和保护作用，从而提高复合材料的拉伸强度。

3.4 加工工艺碳纤维复合材料的制备过程中的加工工艺也会对拉伸强度产生影响。

合理的加工工艺可以保证复合材料的均匀性和一致性，从而提高拉伸强度。

4. 测定拉伸强度的方法测定碳纤维复合材料的拉伸强度通常采用万能材料试验机进行拉伸试验。

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。