碳纤维资料总结
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碳纤维材料研究报告引言碳纤维材料是一种具有轻质、高强度和高刚度的复合材料,由于其优异的性能,在航空航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。
本文旨在对碳纤维材料进行全面的研究和分析,以期深入了解其结构、性质和应用。
一、碳纤维材料的结构碳纤维材料的基本结构由纤维和基体组成。
纤维部分由数以千计的碳纤维束组成,每束纤维都是由无数个碳纤维单丝捻合而成。
这些纤维单丝是由碳纤维原料经过高温炭化处理得到的,具有高度有序的晶体结构。
基体是指填充在纤维间的树脂,常见的有环氧树脂和聚酰亚胺等。
二、碳纤维材料的性质1. 轻质高强度:碳纤维材料的密度只有钢的四分之一,但其强度却比钢高几倍。
这使得碳纤维材料成为制造轻量化产品的理想选择,如飞机、汽车和运动器材等。
2. 高刚度:碳纤维材料具有优异的刚度,使得其在受力时不易发生形变。
这种性质使得碳纤维材料在结构工程中得到广泛应用。
3. 耐腐蚀性:碳纤维材料耐腐蚀性强,可以在恶劣环境下工作,不易受到化学物质的侵蚀。
4. 热导性:碳纤维材料具有良好的热导性能,可以有效地分散和传导热量。
5. 导电性:碳纤维材料是一种优良的导电材料,可以用于制造导电材料和电子器件。
三、碳纤维材料的应用1. 航空航天领域:由于碳纤维材料的轻质高强度和高刚度特性,它被广泛应用于飞机的主要结构件,如机翼、机身和尾翼等。
碳纤维材料的应用可以大幅度减轻飞机的重量,提高燃油效率,并增加飞机的飞行距离。
2. 汽车工业:碳纤维材料在汽车制造中的应用可以降低汽车的整体重量,提高燃油经济性和安全性能。
例如,碳纤维增强塑料被广泛用于制造汽车车身和底盘等部件。
3. 体育器材:碳纤维材料的轻质高强度使其成为制造体育器材的理想材料,如高尔夫球杆、网球拍和自行车车架等。
碳纤维材料的应用可以提高器材的性能,使运动员在比赛中取得更好的成绩。
结论碳纤维材料是一种具有轻质、高强度和高刚度的复合材料,在航空航天、汽车和体育器材等领域得到了广泛应用。
材料力学碳纤维知识点总结在材料力学领域,碳纤维是一种重要的高性能复合材料,具有轻量化、高强度、高模量、耐腐蚀等优点,广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
本文将对碳纤维的基本概念、制备方法以及力学性能等知识点进行总结。
一、碳纤维的定义和特点碳纤维是由碳元素组成的纤维状材料,其主要成分是纯净的碳。
碳纤维具有以下几个特点:1. 轻质高强:碳纤维的密度较小,重量轻,但强度却很高,抗拉强度是钢铁的几倍甚至几十倍。
2. 高模量:碳纤维具有较高的弹性模量,刚度优于其他材料,可以有效增强结构的刚度和稳定性。
3. 耐腐蚀:碳纤维具有良好的耐腐蚀性能,可以抵抗大多数酸、碱和盐水的侵蚀。
4. 耐热性:碳纤维具有优良的耐高温性能,能够在高温环境下保持较好的机械性能。
二、碳纤维的制备方法碳纤维的制备主要有以下两种方法:1. 碳化纤维法:首先从有机纤维素纤维开始,通过热解和炭化过程将其转化为纯净的碳纤维。
这种方法制备的碳纤维具有较高的纯度和强度。
2. 聚丙烯腈纤维法:首先使用聚丙烯腈纤维作为原料,通过预处理、氧化、碱化和高温炭化等步骤制备碳纤维。
这种方法制备的碳纤维具有较高的强度和模量。
三、碳纤维的力学性能碳纤维具有优异的力学性能,主要包括以下几个方面:1. 强度:碳纤维的抗拉强度很高,通常在3000兆帕斯卡(MPa)以上,相当于钢铁强度的几倍。
2. 模量:碳纤维的弹性模量在200-600兆帕斯卡(MPa)之间,是钢铁的几倍甚至几十倍。
3. 韧性:碳纤维的韧性较好,能够承受较大的冲击负荷而不破裂。
4. 疲劳性能:碳纤维具有优秀的疲劳寿命和疲劳强度,适用于长期受力的结构。
5. 耐腐蚀性:碳纤维具有良好的抗腐蚀性能,不易被酸碱侵蚀。
四、碳纤维在工程中的应用碳纤维由于其优异的性能,在工程领域有着广泛的应用,主要包括以下几个方面:1. 航空航天领域:碳纤维被广泛应用于飞机和航天器的结构件和附件中,能够减轻重量、提高飞行性能。
碳纤维工作总结
碳纤维是一种轻质、高强度的材料,广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
在过去的一段时间里,我有幸参与了碳纤维相关工作,并从中获得了许多宝贵的经验和收获。
在这篇文章中,我将对碳纤维工作进行总结,并分享一些我个人的见解和体会。
首先,碳纤维的优点是不言而喻的。
它具有极高的强度和刚度,同时又非常轻便。
这使得碳纤维成为了许多领域中的理想材料,比如航空航天领域的飞机结构、汽车领域的车身部件等。
在我的工作中,我深刻体会到了碳纤维的轻量化特性对产品性能的提升有着巨大的影响。
其次,碳纤维的加工工艺也是一个非常重要的环节。
由于碳纤维具有高强度和高硬度,因此在加工过程中需要采用特殊的工艺和设备。
在我参与的项目中,我学习了碳纤维的手工制作和自动化生产线的操作,这些经验对我今后的工作将会大有裨益。
最后,碳纤维的应用前景也是非常广阔的。
随着科技的不断进步,碳纤维材料的性能和成本都在不断改善,这将进一步推动其在各个领域的应用。
作为一名从业者,我深信碳纤维将会在未来发展中扮演着越来越重要的角色。
总的来说,碳纤维工作给予了我许多宝贵的经验和启发。
我会继续努力学习,不断提升自己的专业技能,为碳纤维在各个领域的应用做出更大的贡献。
愿碳纤维在未来的发展中能够发挥出更大的潜力,为人类社会的进步做出更多的贡献。
碳纤维材料介绍
碳纤维(CarbonFiber),又称碳素纤维,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维材料,是一种由碳元素组成的具有石墨结构的碳原子组成的有机纤维。
它具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀等优点,可作高强度结构材料,已广泛用于航空航天、体育用品、汽车工业等领域。
1.碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维材料。
根据碳纤维成分的不同,其力学性能也有很大差异。
石墨结构的碳纤维强度可达300Mpa以上,弹性模量在2000GPa左右。
2.碳纤维密度为1.8g/cm3,仅为钢的1/4;强度却是钢的3倍以上。
是目前世界上强度最高的纤维,因此在航空航天工业上具有广泛应用前景。
碳纤维已在军事、汽车、体育用品等领域获得广泛应用。
3.碳纤维具有高比强度和比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等特点,并可制成各种形状复杂的复合材料制品,如航空航天中用于制造结构件的高强高模复合材料;体育用品中用于制造运动鞋和运动器械;汽车工业中用于制造车身、底盘等。
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碳纤维材料介绍范文碳纤维是一种由碳纤维纤维组成的复合材料。
它由碳纤维和基体材料组成,具有轻量化、高强度、高刚度和高耐腐蚀性等优点。
因此,碳纤维在航空航天、汽车工业、体育设备和建筑材料等领域中得到广泛应用。
本文将就碳纤维的制备方法、特性和应用进行详细介绍。
碳纤维的制备方法有多种,包括原丝法、湿法纺丝法和气相法。
原丝法是最早应用的制备方法之一,其制备过程包括聚丙烯腈纤维化、预氧化、碳化和图拉曼反应。
湿法纺丝法在水溶液中制备碳纤维,通过控制纤维的形成过程可以得到不同直径和长度的碳纤维。
气相法是一种以气相炭源为原料,在高温下通过催化剂的作用使其分解生成纤维的方法。
这些制备方法都可以得到高质量的碳纤维。
碳纤维具有许多独特的特性,使其成为一种理想的材料。
首先,碳纤维具有轻量化的特点,比重只有钢的1/4,并且具有较高的强度和刚度。
其次,碳纤维材料的拉伸、弯曲和剪切强度都很高,具有优异的抗拉强度和抗压强度。
此外,碳纤维还具有很好的热稳定性和耐高温性能,在高温环境下不会发生脆化和熔化。
另外,碳纤维具有良好的耐腐蚀性能,在酸、碱和盐溶液中都能保持其性能。
最后,碳纤维还具有优异的导电性能和隔热性能。
由于以上特点,碳纤维在各个领域都有广泛的应用。
在航空航天领域,碳纤维被广泛应用于飞机机身、机翼和发动机零部件等重要部位,以提高飞机的性能和减轻重量。
在汽车工业中,碳纤维被用于制造车身和座椅,以提高汽车的燃油效率和减少尾气排放。
在体育设备中,碳纤维被应用于高尔夫球杆、网球拍和自行车等,以提高运动器材的性能。
此外,碳纤维还被用于制造建筑材料,如板材、管道和梁等,以提高建筑物的结构强度和抗震性能。
然而,碳纤维材料也存在一些挑战。
首先,碳纤维的制备成本较高,导致其价格较高。
其次,碳纤维的力学性能在高温和湿热环境下会有所降低,因此在特定环境下的应用受到限制。
另外,碳纤维的循环生命周期较短,废旧碳纤维处理也面临一定的挑战。
总之,碳纤维是一种具有轻量化、高强度、高刚度和高耐腐蚀性等优点的材料。
碳纤维工作总结
在现代工业中,碳纤维作为一种轻质、高强度的材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
作为碳纤维工作者,我对碳纤维的研究和应用有着深刻的体会和总结。
首先,碳纤维的制备工艺是关键。
碳纤维的制备工艺包括原料的选取、纺丝、
预氧化、碳化和表面处理等环节。
在这一过程中,每一个环节都需要严格控制,以确保最终制备出的碳纤维具有理想的性能。
我在工作中不断优化制备工艺,提高碳纤维的质量和产量。
其次,碳纤维的应用是多样化的。
碳纤维可以制成复合材料,用于制造飞机、
汽车、船舶等轻量化产品;也可以用于制造运动器材,如高尔夫球杆、网球拍等。
在工作中,我参与了多个碳纤维复合材料项目,为客户提供了高性能的解决方案。
此外,碳纤维的环保性也备受关注。
相比传统材料,碳纤维具有更低的密度和
更高的强度,可以减轻产品的重量,降低能源消耗。
同时,碳纤维的回收利用也成为了研究的热点之一。
在工作中,我积极探索碳纤维的循环利用技术,为环保事业贡献自己的力量。
总的来说,碳纤维工作需要对材料制备、应用和环保等方面有着全面的了解和
掌握。
在未来的工作中,我将继续深入研究碳纤维,不断提升自己的专业技能,为碳纤维行业的发展做出更大的贡献。
时光荏苒,转眼间我在碳纤维行业已工作一年有余。
在这一年的时间里,我深感自己成长了许多,也收获了许多。
在此,我对自己过去一年的工作进行总结,以期为今后的工作提供借鉴和改进。
一、工作内容与成果1. 学习与实践相结合:入职以来,我积极参与公司组织的培训,深入学习碳纤维的生产工艺、技术要求及质量控制标准。
通过实际操作,我逐渐掌握了碳纤维的生产流程,并在生产过程中不断优化工艺参数,提高生产效率。
2. 技术创新与改进:针对生产过程中存在的问题,我主动与同事探讨,提出多项改进建议。
例如,针对碳纤维表面质量不稳定的问题,我提出采用新型表面处理技术,有效提高了产品品质。
3. 质量控制:在日常工作中,我严格按照质量标准进行生产,对原材料、生产过程和成品进行严格把关,确保产品质量稳定可靠。
在年度质量评比中,我所在的生产线荣获优秀品质奖。
4. 团队协作:我积极参与团队活动,与同事保持良好的沟通与协作,共同完成各项生产任务。
在遇到困难时,我主动承担责任,为团队排忧解难。
二、不足与反思1. 专业知识储备不足:虽然我在工作中不断学习,但与行业顶尖人才相比,我的专业知识仍有所欠缺。
今后,我将加强学习,提高自己的专业素养。
2. 沟通能力有待提高:在与客户和同事的沟通中,我发现自己在某些情况下表达不够清晰,导致沟通效果不佳。
今后,我将努力提高自己的沟通能力,确保信息传递准确无误。
3. 创新能力不足:虽然我在工作中提出了一些改进建议,但与行业内优秀人才相比,我的创新能力仍有待提高。
今后,我将积极学习新技术、新理念,不断提高自己的创新能力。
三、未来工作计划1. 加强专业知识学习:通过参加培训、阅读专业书籍等方式,不断提高自己的专业素养,为碳纤维行业的发展贡献自己的力量。
2. 提高沟通能力:积极参加沟通技巧培训,加强与同事、客户的沟通,确保信息传递准确无误。
3. 发挥创新能力:关注行业动态,学习新技术、新理念,结合实际工作,提出更多创新性建议,为公司发展贡献力量。
碳纤维培训总结
碳纤维培训总结
碳纤维培训总结
碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)是指含碳量在90%以上的高强度高模量纤维,是由有机纤维(粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等)在高温环境下裂解碳化而成。
高性能碳纤维具有质轻、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷及溅射以及良好的可设计性、可复合性等一系列其他材料所不可替代的优良性能,是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略新兴材料。
碳纤维作为一种性能优异的战略性新材料,其密度不到钢的1/4、强度却是钢的5-7倍。
与铝合金结构件相比,碳纤维复合材料减重效果可达到20%-40%;与钢类金属件相比,碳纤维复合材料的减重效果可达到60%-80%。
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。
碳纤维资料总结本页仅作为文档封面,使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March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。
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好。
补强可填补表面缺陷,有利于强度提高。
但补强后的碳纤维,其表面会生成晶须和热解浮碳,这便不利于复合材料层间剪切强度的提高。
故补强工艺已经淘汰。
和国外的差距主要体现在:PAN原丝的质量不过关,强度低,伸长率的分散性太大,很难用同一预氧化条件来氧化处理。
目前,国内碳纤维的生产大部分采用亚砜一步法。
目前,面临的问题。
自动化水平低;耗能大;低温碳化炉的焦油多,影响生产周期;生产环境要清洁;严格质量管理和质量检测;创新,自主研发。
5.PAN基碳纤维的分类:有小丝束和大丝束之分:小丝束一般是指1~24K的碳纤维,大丝束一般是指48~540K的碳纤维。
小丝束性能高,常用于航天航空等尖端技术领域。
大丝束性能较低,为通用级碳纤维,用于一般工业。
小丝束碳纤维:一般经历聚合、纺丝、预氧化、碳化、表面处理和上浆实现流水作业。
原丝生产中,聚合和纺丝从溶剂上看,东丽和Cytec用的是DMSO,三菱和台塑用的是DMF,东邦用的是ZnCl2,Hexcel用NaSCN,不管用哪种溶剂都可以纺出优质的原丝。
相对而言DMSO要优于其他溶剂。
大丝束碳纤维:碳纤维的主要生产公司是美国卓尔泰克(Zoltek)、碳纤维技术公司(Aldila)、东邦单纳克斯(Toho Tenax)、德国西格里(SGL)和日本东丽公司。
这些通用级的碳纤维广泛用于民用工业。
大丝束的价格低于小丝束,便于在民用工业应用。
6.碳纤维的发展趋势:碳纤维的理论拉伸强度为180Gpa,拉伸模量为1020Gpa,其质量提升空间巨大。
碳纤维的拉伸强度最高为T1000,拉伸强度为7.02Gpa,仅为理论值的4%左右;PAN基石墨纤维M70J,拉伸模量为690Gpa,为理论值的68%;对于碳石墨材料,拉伸强度最高是石墨晶须,拉伸强度为21Gpa,是理论值的11.7%左右,拉伸模量为700Gpa,是理论值的69%左右。
石墨晶须的直径细,表面光滑无暇,缺陷小,因而拉伸强度高。
故,细旦化、表面无暇是指提高拉伸的基本思路。
****结合目前习惯性叫法,涤纶长丝细旦纤维定义如下:细旦丝是指单丝纤度在1.0~0.5dpf的纤维,单丝纤度在0.5~0.1dpf 的纤维称为超细旦纤维,单丝纤度低于0.1dpf的纤维称为微细旦纤维。
细旦纤维生产一般采用单组份纺丝方法,超细旦纤维生产一般采用单组份纺丝方法或者共轭纺丝方法,而微细旦纤维一般采用共轭纺丝方法。
7.应用领域:碳纤维的主要应用领域如下表所示。
碳纤维和石墨纤维的应用领域日益拓宽。
飞机工业、汽车工业、新能源(风力发电)和基础设施是最大市场,而海洋油田是最大的潜在市场。
(1)飞机工业。
设计减重和轻量化是永恒的主题。
现代飞机已大量采用碳纤维复合材料,包括战斗机、直升机、无人飞机和大型民航客机。
(2)汽车工业。
用复合材料制造汽车,可使其轻量化,可降低行驶单位公里的燃油。
同时,用压缩天然气代替燃料,可大幅度降低尾气污染。
用复合材料制造压缩天然气罐(CNG),将大量使用复合材料。
电动汽车所用车载燃料电池也大量使用碳纤维纸等碳石墨材料。
德国西格里(SGL)与宝马(BMW)集团将组建合资企业,专门生产车用碳纤维及其织物,用于新的宝马车型,使其轻量化。
(3)海洋油田。
本领域将是碳纤维复合材料最大的潜在市场。
为什么?原因1:陆地上的开采可使用钢材,而海水对钢材的腐蚀十分严重,使用寿命大大减短。
原因2:钢材的密度大(7.8g/cm3),在海洋中需要大量的浮力,以防下沉(特别针对3000m深海油田),使用碳纤维复合材料比较合理。
(4)风力发电。
制造3MW以上的大功率风电机组,叶片长度需在40m以上,需用轻而强、刚而硬的碳纤维复合材料制造,需用大量的碳纤维。
(5)碳纤维复合芯电缆。
这种电缆(ACCC)已成功研制并得到实际应用,逐步取代钢芯铝铰电缆(ACRS)。
ACCC的特点是重量轻、强度高,可提高传送容量和降低损耗,同时弛度小,可减少塔杆数和节约用地。
(6)基础设施和土木建筑。
公路、高速公路和铁路桥梁的维修和增强加固的措施之一就是使用碳纤维复合材料。
二、聚丙烯腈纤维(PAN原丝)1.聚丙烯腈的晶态及其多重结构:1.1 聚丙烯腈的晶胞及构象:聚丙烯晴(PAN)具有强极性氰基[-C≡N-],赋予其结构和性能具有独特的个性。
在PAN的氰基中,氮原子的电负性大于碳原子,使氰基中碳原子与氮原子之间的电子云向氮原子一侧偏移,使氮原子呈现出电负性,而碳原子呈现出电正性。
所以,把氰基成为偶极子。
由于诱导引发作用使与氰基相连的主链上的碳原子与氰基的碳原子之间的电子云偏向氰基的碳原子,形成极性较强的偶极矩。
对于氰基,偶极矩μ为3.4D(1D=3.34×10-30C·m),是典型的强极性基团。
在同一大分子链上,由于氰基的极性相同,彼此排斥;在斥力作用下使氰基按一定的角度沿C轴(化学键连接的碳主链)螺旋排列,呈现出僵硬的对称的圆棒体。
这就是PAN的一级结构单元,即分子链棒状构象。
这种分子链圆棒的直径约为0.6nm左右,长度约为10~100nm;在大分子链之间相互吸引力的作用几根至几十根彼此平行紧密排列而形成紧密的晶区,紊乱堆砌的大分子链形成了无序的非晶区。
1.2 聚丙烯腈的球晶及其多重结构:目前,生产高性能的PAN原丝用均相溶液聚合一步法。
在搅拌聚合的条件下,实现高速的转化率(DMSO溶剂为95%左右,DMF溶剂为50%左右),得到高浓度(质量分数20%左右)的聚合纺丝液,容易生成球晶(spherulite)。
球晶的生长过程可分为成核和生长两个阶段,即在均相成核初期,以大分子链为晶核,随之生长为细长的原纤(fibril),再向发射状生长,并在小角度方向成为延长的新生长点,链的生长直至链的终止,再经捆束形式而形成球状外形,即球晶。
捆束状可能是由于平行排列的原纤之间存在范德华力所致,而在捆绑束的两端是链生长的活性点,迅速的链生长、链分枝而形成球形。
球形的表面能最低,使其处于稳定状态。
原纤当然也会有其他状态,如辐射状态、葱皮结构。
这些取决于聚合条件及聚合组成。
下表为原纤的多重结构。
(A=0.1nm)1.3 聚丙烯腈的构型:在聚丙烯腈大分子链上,具有不对称的碳原子,标记为C ,即呈现出两种互成镜像的不同构型。
构型有两种,一是分子链构型,二是空间立构型。
前者是指相同组成的分子中原子以不同序列连接,后者则是有相同原子序列连接而具有不同空间排列。
根据Fischer投影法来分类,则会出现三种空间构型,即:(1)全同立构(isotactic)在相邻结构单元中同一种取代基全部排列在主链线(或平面)的同一侧;(2)间同立构(syndiotactic)在相邻结构单元中同一种取代基有规律性地排列在主链线的两侧;(3)无规立构(atactic)在相邻结构单元中同一种取代基无规则地排列在主链线的两侧。
2. 聚合:丙烯腈的聚合属于自由基加聚反应。
主要聚合方法可分为悬浮(suspension)、乳液(emulsion)和溶液法(solution)。
溶液法又分为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剂既是聚合单体的良溶剂,又是聚合物PAN的良溶剂。
这种聚合液不需要分离就可直接用来纺丝,称为一步法。
非均相溶液聚合的特点是溶剂仅是聚合单体的良溶剂,而是PAN的不良溶剂;在聚合的过程中产生相分离,聚合物PAN沉淀出来,经分离、干燥后,再溶于良溶剂中得到纺丝液,再纺成纤维,称为两步法。
显然:一步法工艺先进,流程短,不仅大大降低生产成本,而且避免了繁琐的两步法过程中引入杂质的概率。
目前,国内外高性能的原丝生产均采用均相溶液聚合一步法。
一步法的溶剂分为有机溶剂或无机溶剂两大类。
三、碳纤维的性质:碳纤维和石墨纤维均具有优异的性能:——碳纤维及石墨纤维/贺福编著.—北京:化学工业出版社,2010.71.密度小(1.7~2.0g/cm3),质量轻,制成的构件减轻效果十分明显。