碳纤维材料及应用论文
- 格式:doc
- 大小:26.00 KB
- 文档页数:7
碳纤维的性能与应用系别:食品化工系专业纺织品检验与贸易班级:级纺检学生姓名:指导教师:完成日期:碳纤维的性能与应用第1页共19 页河南质量工程职业学院毕业设计(论文)任务书碳纤维的性能与应用第2页共19 页目录摘要 (3)Abstract (4)绪论 (5)1 碳纤维的定义及其分类 (6)1.1 什么是碳纤维 (6)1.2 分类 (6)2 碳纤维的制造 (6)3 碳纤维的性能 (7)3.1 碳纤维的优良特性 (7)3.1.1 在纤维轴向方向显示高抗拉强度和高弹性模量 (7)3.1.2 密度小 (7)3.1.3 纤维细 (7)3.1.4 不生锈、耐腐蚀 (7)3.1.5 即耐低温,又耐高温 (7)3.1.6 耐温度骤变,热膨胀系数小 (8)3.1.7 常温下导热性能良好,高温下导热性能低 (8)3.1.8 突出的导电性能 (8)3.1.9 优良的吸附性能 (8)3.1.10 具有耐辐射,能反射中子等特性 (9)3.2 碳纤维的缺点 (9)3.2.1 比较脆,怕受压和剪切 (9)3.2.2 抗氧化性差 (9)3.2.3 破坏前无预报 (9)4 碳纤维的应用 (10)4.1 碳丝 (10)4.2 碳纤维毡和碳素短纤维 (10)4.3 碳纤维织物 (10)4.4 活性炭碳纤维 (10)5 碳纤维的发展前景 (10)6结论 (11)参考文献 (12)致谢 (13)碳纤维的性能与应用摘要碳纤维是一种新型材料,本文主要阐述了碳纤维的分类、生产制造等,碳纤维的高强度、高模量、耐高温等主要特性,及在各行业中的应用,并对其近年来的市场前景的展望,使人们对其有一定的了解。
(可以说的详细些,让别人看了摘要就知道你本篇论文写了那些东西)关键词:新型碳纤维应用第3页共19 页碳纤维的性能与应用AbstractCarbon fiber is a new type of material, this paper describes the high-strength carbon fiber, high modulus, high temperature and other major features, and in the industry, and in recent years, the market outlook is for people to have their A certain degree of understanding.Key words: New Carbon Fiber Apply第4页共19 页碳纤维的性能与应用绪论1897年爱迪生通过纤维素的炭化,在不破坏纤维素结构的情况下,第一次制造出碳丝,并把其用作电灯泡的炽热灯丝。
碳纤维的发展及其应用现状目前,碳纤维工业化产品主要包括PAN基和沥青基,世界上消费高性能碳纤维主要是美国,而生产高性能碳纤维主要是日本,碳纤维已广泛应用于各行各业中。
碳纤维大多应用于复合材料的生产,且广泛应用于各行各业。
论文主要分析了国内外碳纤维发展现状,着重介绍了碳纤维在宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域的应用。
标签:碳纤维;复合材料;领域;应用一、碳纤维的发展现状研究1.国外发展现状1959年日本进藤博士采用PAN奥纶为原材料研究开发基碳纤维,日本大谷教授利用煤焦、石油炼制过程中的副产品(沥青)研究成功开发了沥青基碳纤维。
1965年,粘胶纤维基碳纤维是由美国的UCC公司开发成功的,主要材料是粘胶纤维。
于20世纪70年代初就开始生产碳纤维,主要应用于火箭喷嘴,其能有效防止热气流传。
1971年至1983年,日本东邦人造丝公司、东丽公司等对碳纤维研究比较早,在此期间已经能进行大批量的生产,主要用于体育器具,欧美则用于航空和航天工业。
1980年前,波音公司首次将碳纤维使用在757飞机上,1985年-1990年,欧美主要对复合材料产品性能和深加工技术进行了研究。
国外利用电磁辐射等离子技术由碳纤维原丝来生产碳纤维;并把纳米技术应用于碳纤维上,研制出纳米碳纤维,超高模量的沥青碳纤维长丝发展迅速。
2.国内发展状况20世纪70年代中期,我国开始研究碳纤维,经过多年的发展,碳纤维在研发领域上取得了很大的成就,但总的来说,国内碳纤维的研制与生产水平还较低。
吉林省长春应用化学研究所于1960年代初,开始对PAN基碳纤维进行研究,并先后完成了连续化中试装置。
上海合成纤维研究所等单位也开始研究,于1980年通过了中试。
总之,我国在碳纤维领域的研究方面起步晚、发展也缓慢。
二、碳纤维的应用状况研究1.宇航领域碳纤维重量很轻,但其尺寸稳定性,刚性和导热性能均很好,最初的高模量碳纤维广泛在人造卫星技术当中使用。
浅谈碳纤维材料在桥梁加固的应用摘要:本文结合g325广南线那蒙大桥和x021蒲董线炳岭桥维修加固工程实例,对碳纤维材料在桥梁加固的应用谈一些看法。
关键词:碳纤维材料桥梁加固应用碳纤维质轻高强、耐腐蚀、抗老化,有着优异的力学性能。
用其加固补强混凝土结构施工简单便捷,在桥梁维修加固中得到广泛的应用。
一、碳纤维材料特性碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的,其力学特点是应力应变量完全线弹性,不存在屈服点或塑性区。
碳纤维材料具有优异的物理力学性能。
加固混凝土构件所用的碳纤维布,是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。
碳纤维布在编织时,将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺,用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起,形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。
碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000mpa,弹性模量大于2.1×l05mpa.综合材料的物理、力学特性分析,要想最大限度地发挥材料自身的优势,适宜将c(rp材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件,特别适用于纯受拉构件,工程实践也证明了这一点。
目前,用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力,约束裂缝的开展。
二、在桥梁加固工程的应用1、工程概况g325广南线那蒙大桥旧桥为t形钢筋混凝土梁桥,大桥全长240.40m,桥面宽为12.50m,该桥上构为10*22.20m(钢筋混凝土t 梁)+10.00m(空心板梁),支座为板式橡胶支座。
下部结构采用双柱式墩,重力式桥台和双柱式桥墩。
伸缩缝为异型钢伸缩缝,栏杆为钢筋混凝土栏杆。
(1)病害特征:t型梁腹板底面横向裂缝、腹板侧面竖向裂缝、斜向裂缝;底部钢筋锈蚀,混凝土保护层开裂剥落。
(2)病害成因剖析:①t梁裂缝主要由外荷载引起的结构性(受力裂缝)。
②底部钢筋锈蚀,混凝土保护层开裂剥落主要是由于砼施工质量造成的,砼破坏处显示砼粗集料为卵石且质量欠佳导致砼与钢筋粘结不够密实。
碳纤维复合材料论文标题:碳纤维复合材料:制备、性能与应用摘要:碳纤维复合材料是一种重要的先进材料,在航空航天、汽车制造、体育器材以及其他领域具有广泛的应用前景。
本文综述了碳纤维复合材料的制备方法、性能特点以及其在不同领域的应用研究,旨在为碳纤维复合材料的研究和应用提供一定的参考。
1.引言随着科技的进步和产品性能需求的提高,新型材料的研究和应用成为一个重要的研究方向。
碳纤维复合材料以其高强度、低密度、优异的机械性能和化学稳定性等特点,受到了广泛关注。
2.碳纤维复合材料的制备方法2.1碳纤维的制备工艺2.2树脂基体的制备方法2.3复合材料的制备工艺2.4其他制备方法的研究进展3.碳纤维复合材料的性能特点3.1机械性能3.2热性能3.3电性能3.4耐腐蚀性能4.碳纤维复合材料在航空航天领域的应用4.1飞机结构件4.2发动机部件4.3航空航天用复合材料板5.碳纤维复合材料在汽车制造领域的应用5.1车身材料5.2引擎附件5.3车内装饰材料6.碳纤维复合材料在体育器材领域的应用6.1网球拍6.2高尔夫球杆6.3自行车车架7.碳纤维复合材料的未来发展趋势对碳纤维复合材料未来的发展趋势进行展望,并提出了一些研究方向和应用前景。
包括在材料性能的进一步提高、制备工艺的优化、成本的降低等方面。
结论:碳纤维复合材料以其出色的性能和广泛的应用领域,成为了当今研究热点。
本文综述了碳纤维复合材料的制备方法、性能特点以及在航空航天、汽车制造和体育器材等领域的应用情况,并对其未来的发展趋势进行了展望。
碳纤维复合材料在各个领域的应用前景广阔,值得进一步深入研究和应用。
碳纤维材料在汽车中的应用随着汽车工业的快速发展,碳纤维材料作为一种高性能材料,越来越多地应用于汽车制造中。
碳纤维材料以其轻质、高强度、耐磨、耐腐蚀等优势,在汽车领域发挥着重要的作用。
碳纤维材料在汽车制造中被广泛应用于车身结构。
传统的汽车车身主要由钢铁制成,重量较大,不利于节能和提高汽车性能。
而碳纤维材料具有重量轻、强度高的特点,可以有效减轻车身重量,提高汽车的燃油经济性和加速性能。
此外,碳纤维材料还具有良好的抗腐蚀性能,能够延长汽车的使用寿命。
碳纤维材料还被广泛应用于汽车的悬挂系统。
悬挂系统对汽车的操控性和行驶稳定性有着重要影响。
碳纤维材料具有良好的弹性模量和抗拉强度,能够有效提高悬挂系统的刚度和稳定性。
此外,碳纤维材料还具有良好的减震性能,能够提高汽车的行驶舒适性。
碳纤维材料还被广泛应用于汽车的制动系统。
制动系统是汽车安全性的重要组成部分,而碳纤维材料具有良好的热稳定性和耐磨性,能够有效提高制动系统的性能。
相比传统的金属制动系统,碳纤维制动系统具有更好的制动效果和更短的制动距离,能够提高汽车的制动安全性。
碳纤维材料还被应用于汽车的动力系统。
碳纤维材料具有良好的导热性能和耐高温性能,能够有效降低动力系统的温度,提高动力系统的效率和可靠性。
碳纤维材料还具有良好的电导性能,能够提高动力系统的电子传输效率。
碳纤维材料在汽车制造中的应用是一种趋势。
它不仅能够减轻车身重量,提高汽车的燃油经济性和加速性能,还能够提高悬挂系统的稳定性和制动系统的安全性,提高动力系统的效率和可靠性。
随着碳纤维材料技术的不断进步和成本的降低,相信碳纤维材料在汽车制造中的应用将会越来越广泛。
汽车制造商和消费者都将从碳纤维材料的优势中受益,推动汽车工业的发展。
碳纤维材料的发展及应用应用一《碳纤维在自行车领域的奇妙应用》嘿,要说碳纤维材料,那在自行车领域可算是闯出了一片大大的天地。
我就有过这么一段和碳纤维自行车打交道的有趣经历。
记得有一次,我那爱运动的发小非要拉着我一起参加一场骑行活动。
我本来是有点打怵的,毕竟我那辆老掉牙的自行车骑起来那叫一个费劲。
可巧的是,发小最近新入手了一辆碳纤维自行车,非要我试试。
当我第一眼看到那辆车时,哇,外表那叫一个炫酷。
碳纤维那种独特的纹路,就像给车子穿上了一件高科技的外衣。
而且,这车子拿在手上,那重量比我原来那辆不知道轻了多少,感觉像是拿了个模型自行车似的。
上路骑行的时候,这种差别就更明显了。
以往骑一会儿我就累得气喘吁吁,这次竟然感觉格外轻松。
那碳纤维车架仿佛有魔力,能把我每一下蹬车的力量都完美地传递出去,就好像我和自行车之间有了一种默契的配合。
路上遇到一些小颠簸,我还担心会颠得屁股疼,结果碳纤维那优良的减震性能让我安稳地驶过。
这还不算完,在爬坡的时候,以往我都是愁得不行,感觉像在推一辆坦克上山。
可这次骑着碳纤维自行车,居然没费多大劲儿就上去了。
那种成就感,真的让我对这碳纤维材料佩服得五体投地。
到了终点休息的时候,我和其他骑友聊天。
他们也都纷纷夸赞碳纤维自行车的好,说这材料不仅让骑行更轻松愉快,还大大提高了骑行的趣味性。
碳纤维材料在自行车领域的应用,真的是给骑行爱好者带来了莫大的福音,让我们能更尽情地享受骑行的快乐。
应用二《碳纤维在钓鱼竿中的神奇魅力》说到钓鱼,那可是很多人喜爱的一项休闲活动。
我就是个十足的钓鱼迷,而碳纤维材料在钓鱼竿中的应用,那可真是让我大开眼界。
以前我用的是普通的钓鱼竿,那重量可不轻啊。
每次出去钓鱼,背着那竿子走一会儿,胳膊就酸得不行。
有一次,我和几个钓友约好去一个比较远的鱼塘钓鱼。
一路上,我背着那沉重的鱼竿,累得直想把它扔了。
到了鱼塘,开始钓鱼的时候,那普通鱼竿的弊端更是暴露无遗。
当钓到比较大的鱼时,我能明显感觉到鱼竿的弯曲有些吃力,感觉随时都可能断。
简述碳纤维材料的特点和应用
碳纤维是一种由碳纤维纤维组成的高强度材料,具有以下特点:
1. 轻质高强:碳纤维比钢轻四倍,比铝轻一半,但强度却比钢高五倍以上,比铝高两倍以上。
这使得碳纤维成为制造轻量化产品的理想材料。
2. 高刚性:碳纤维具有优异的刚性和弹性模量,可以有效抵抗变形和破裂。
这使得碳纤维成为高性能结构材料的首选。
3. 耐腐蚀性:碳纤维具有良好的耐腐蚀性,对酸碱和盐类等腐蚀介质具有较好的稳定性。
这使得碳纤维在化工、海洋等领域的应用得到了广泛推广。
4. 耐高温性:碳纤维可以耐受高温环境,能够在1200°C以上
的高温下稳定工作。
这使得碳纤维在航空航天、能源等领域的高温应用具有重要意义。
碳纤维材料广泛应用于各个领域,包括但不限于以下几个方面:
1. 航空航天领域:碳纤维的轻质高强特性使其成为制造航空航天器、导弹和卫星等高性能结构件的重要材料。
2. 汽车工业:碳纤维的轻量化特性能够有效降低汽车整体重量,提高燃油经济性和减少尾气排放,因此在汽车制造领域得到广泛应用。
3. 体育器材领域:碳纤维制成的运动器材如高尔夫球杆、自行车、滑雪板等具有较轻的重量和高强度,能够提供更好的运动性能和驾驶体验。
4. 建筑领域:碳纤维可以用于加固和修复混凝土结构,提高建筑物的抗震性能和耐久性。
5. 医疗、医药领域:碳纤维可以制成医疗器械、人工骨骼等,具有良好的生物相容性和医用效果。
总之,碳纤维材料具有轻质高强、高刚性、耐腐蚀、耐高温等特点,广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑、医疗等多个领域。
碳纤维前景及应用论文碳纤维是一种高性能纤维材料,具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀和耐疲劳等优良特性,被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑工程等领域。
随着全球工业化进程的不断推进,碳纤维的需求量也在逐步增加,其未来发展前景十分广阔。
碳纤维的应用领域十分广泛。
在航空航天领域,碳纤维被用于制造飞机的机身、机翼、舵面等部件,能够大幅减轻飞机的整体重量,提高机动性和燃油效率。
在汽车领域,碳纤维被广泛应用于高性能跑车、电动车等车辆的车身、悬挂系统、内饰等组件,能够提高车辆的性能和安全性。
在体育器材领域,碳纤维被用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车等器材,提高了产品的性能和使用寿命。
同时,在建筑工程领域,碳纤维也被广泛应用于桥梁、建筑结构、地基处理等方面,能够提高建筑物的抗震性和耐久性。
碳纤维的未来发展前景也备受瞩目。
首先,随着科技的不断进步,碳纤维的生产工艺和技术不断提升,能够生产出更加优质的碳纤维材料,提高了其性能和稳定性。
其次,随着人们对于节能减排和资源循环利用的重视,碳纤维作为一种轻质高强度材料,能够有效减轻产品的整体重量,降低能源消耗和环境污染。
同时,碳纤维材料还可以实现回收利用,提高了资源的可持续利用性。
此外,碳纤维的市场需求量也在不断增加,随着新兴产业的不断涌现,碳纤维的应用领域也将不断扩大。
然而,碳纤维在应用过程中还面临一些挑战和问题。
首先,碳纤维的生产成本较高,限制了其在一些领域的大规模应用。
其次,碳纤维的回收利用技术还不够成熟,难以实现资源的循环利用。
同时,碳纤维的制造过程对环境造成了一定的污染,需要更加环保的生产工艺。
另外,碳纤维的安全性以及其与其他材料的复合性也需要更多的研究和改进。
综上所述,碳纤维作为一种高性能的纤维材料,具有广泛的应用前景和发展空间。
随着工业化进程的不断推进和科技的不断发展,碳纤维的生产工艺和技术将不断完善,其应用领域将不断扩大。
同时,我们也需要进一步加大对碳纤维材料的研究力度,解决其在生产、应用过程中存在的问题,推动碳纤维材料行业的可持续发展。
碳纤维复合材料论文导言碳纤维复合材料(CFRP)是一种由碳纤维和树脂基体组成的高性能材料。
随着科技的进步,CFRP在航空航天、汽车工业、体育用品等领域中得到了广泛的应用。
本论文将就CFRP的制备方法、性能特点以及应用前景进行详细探讨。
1. CFRP的制备方法CFRP的制备方法通常包括纺丝、预浸料、固化和成型四个步骤。
1.1 碳纤维纺丝碳纤维是由多个碳纤维丝束组成的。
纺丝过程中,先将碳纤维丝束在高温下拉伸,然后进行表面处理,以增加纤维与树脂的粘合性能。
1.2 预浸料制备预浸料是将纺丝得到的碳纤维与树脂基体进行浸渍得到的材料。
树脂基体一般采用环氧树脂。
预浸料制备过程中需要控制纤维的含量、纤维间的排列方式以及树脂的渗透性。
1.3 固化固化是指通过加热或加压将树脂基体中的单体或低分子量聚合物转变为高分子量聚合物的过程。
固化可以提高CFRP的强度和刚度。
1.4 成型成型是将固化后的预浸料经过特定形状的模具加热或加压成型,得到最终的CFRP产品。
2. CFRP的性能特点CFRP具有许多优良的性能特点,使其成为许多领域的首选材料。
2.1 高强度和高刚度相比于传统的金属材料,CFRP具有更高的强度和刚度。
其拉伸强度可以达到2000 MPa,弹性模量可以达到150 GPa以上。
2.2 轻质CFRP的密度大约为1.6 g/cm³,相比于钢材(7.8 g/cm³)和铝材(2.7g/cm³),CFRP具有更轻的重量优势。
2.3 抗腐蚀性由于CFRP的主要组成部分是碳纤维和树脂基体,它具有优良的抗腐蚀性能,不易受潮湿环境、化学物质和气候变化的影响。
2.4 热稳定性CFRP具有较高的热稳定性,可以在高温环境下长期使用而不发生形变或脆化。
2.5 高耐疲劳性由于CFRP的高强度和高刚度,它具有出色的耐疲劳性能,适用于长期受到重复加载的应用场景。
3. CFRP的应用前景随着CFRP技术的不断发展,其在各个领域的应用前景十分广阔。
碳纤维材料的性能及应用文章阐述了碳纤维材料的国内外发展现状,论述了碳纤维材料的分类特性和功能特性。
同时,着重介绍了碳纤维材料在航空、体育等行业中的应用,并展望了其发展前景。
标签:碳纤维材料;性能;应用;前景1 前言碳纤维主要成分为碳元素,是一种特种纤维,其分子结构界于石墨与金刚石,含碳体积分数一般在0.9以上[1]。
碳纤维的优点是质量轻、抗拉强度高,同时具有耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优点。
碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合后,形成碳纤维复合材料,也具有高的比强度、比模量、耐疲劳、导热、导电等[2],这些优良的综合性能,使得碳纤维材料在现代工业方面应用非常广泛。
2 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[3]。
我国在意识到碳纤维对军工和民用的价值后,于1975年召開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[4]。
3 碳纤维材料的特性碳纤维与钻石和石墨一样,主要由碳元素组成。
具有以下特性:3.1 轻质高强,其密度为铁的1/4,比强度为铁的10倍以上,抗拉强度是钢材的68倍,弹性模量是钢材的1.8~2.6左右,其抗拉模量为295~640GPa,拉伸强度为3.62~7.05GPa。
试论碳纤维复合材料在建筑施工中的应用【摘要】随着我国经济建设的飞速发展,现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低,一些建筑由于使用功能的改变,难以满足当前规范使用的需求,亟需进行维修、加固。
传统的加固方法整体水平比较落后、施工方法和施工工艺比较复杂,对结构的自重和使用面积有一定的影响,而粘贴碳纤维复合材料加固法具有高强高效、耐腐蚀、施工便捷、不增加结构尺寸等优点,在工程中得到了广泛的应用。
【关键词】碳纤维复合材料;加固;承载力;抗震;疲劳1.碳纤维复合材料的性能碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比,具有节省空间,施工简便,不需要现场固定设施,施工质量易保证,基本不增加结构尺寸及自重,耐腐蚀、耐久性能好等特点。
(1)抗拉强度高,是同等截面钢材的7-10倍。
(2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4。
(3)耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。
(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。
(5)适用范围广,混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。
可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。
2.碳纤维复合材料加固混凝土结构的研究碳纤维加固的工艺原理为将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料(单向连续纤维);用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上,形成一个新的复合体,使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力,提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。
在实际工程中,用来加固的碳纤维材料主要是碳纤维布。
碳纤维布加固技术在混凝土结构中的应用已较成熟,主要集中在以下几个方面。
2.1提高受剪承载力碳纤维布对构件抗剪的贡献类似于箍筋的作用,与混凝土共同承受剪力。
另外,碳纤维布具有对核心混凝土的约束作用,并能承担拉应力,防止主筋过早屈服,抑制剪切裂缝的出现和发展。
因此,碳纤维布可以明显提高钢筋混凝土构件的受剪承载力,增强构件的变形能力。
碳纤维材料的性能及应用碳纤维是一种纤维状碳材料。
它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。
另外,碳纤维是指含碳量高于90%的无机高分子纤维。
其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
性能特点:碳纤维的比重小,抗拉强度高,轴向强度和模量高,无蠕变,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,耐腐蚀性好,纤维的密度低,X射线透过性好。
但其耐冲击性较差,容易损伤,在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。
因此,碳纤维在使用前须进行表面处理。
总之,碳纤维是一种力学性能优异的新材料。
应用领域:用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧,而且消耗动力少,推力大,噪音小;用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的储存量和运算速度;用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节约大量的燃料。
1999年发生在南联盟科索沃的战争中,北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应,其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云,这些导电性纤维使供电系统短路。
目前,人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维,只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)做原料,将有机纤维跟塑料树脂结合在一起,放在稀有气体的气氛中,在一定压强下强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料,其化学组成中含碳量在90%以上。
由于碳的单质在高温下不能熔化(在3800K以上升华),而在各种溶剂中都不溶解,所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。
碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。
目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。
其产生的步骤为A预氧化:在空气中加热,维持在200-300度数十至数百分钟。
预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构,以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。
新型碳纤维材料的研究及应用碳纤维是一种以聚丙烯腈、聚乙烯、碳化物等为原料,通过纺丝、预氧化、碳化等工艺制成的高性能纤维材料。
作为一种轻质、高强度、高刚度、高耐热性的材料,碳纤维在航空、航天、汽车、体育用品等领域有着广泛的应用前景。
近年来,随着碳纤维技术的不断发展,新型碳纤维材料的研究也逐渐成为学术界和产业界的热点。
一、新型碳纤维的研究进展传统的碳纤维主要由聚丙烯腈为原料,通过纺丝、预氧化、碳化等步骤制成。
但这种碳纤维有着制备工艺复杂、成本高昂、加工困难等缺点,限制了其在大规模应用中的发展。
为了克服这些困难,研究人员开始探索采用新型原材料和工艺制备碳纤维。
一方面,一些研究者将天然纤维和导电纤维作为碳纤维的原料,通过化学改性、热处理等方法制得碳纤维。
例如,欧洲有关机构研发出了一种以毛竹纤维为原料的碳纤维。
这种碳纤维具有密度低、力学性能优越、耐腐蚀性高等特点,适用于制造船舶、桥梁等大型工程结构。
此外,一些研究者还尝试采用金属有机框架材料、聚酰亚胺等新型高分子材料作为碳纤维的前体材料,从而获得高性能碳纤维。
另一方面,随着纳米技术、生物技术的发展,研究人员开始将碳纤维与这些技术结合起来,探索制备具有新颖结构和性能的碳纤维。
例如,一些研究者将纳米碳管与碳纤维表面包覆,制得纳米碳管增强碳纤维。
这种碳纤维具有很强的强度和韧性,是一种很有潜力的材料。
此外,研究者还发现将微生物发酵产生的石墨烯纳入碳纤维中,可以提高碳纤维的导电性能,并且可以实现基于石墨烯的柔性智能材料的制备。
二、新型碳纤维在不同领域的应用新型碳纤维材料的性能和结构不同,应用领域也各有特点。
以下简要介绍一下新型碳纤维在一些领域的应用情况。
(一)航空航天领域碳纤维在航空航天领域有着广泛的应用。
新型碳纤维材料具有轻质、高强度等特点,可以用来制造航空器和卫星等结构件。
同时,新型碳纤维材料的超导性能也为发展磁悬浮列车等高速交通工具提供了新的材料选择。
(二)汽车领域碳纤维在汽车领域中也有重要的应用。
论述碳纤维的制造技术及在航天发射领域的应用王晓刚200905731.摘要:碳纤维是一种力学性能优异的新材,在过去的二三十年里得到广泛的研究。
其含碳量在90%以上,与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。
特别是在2000℃以上高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。
此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。
因此,碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域的光辉业绩,尤为世人所瞩目。
关键词:碳纤维,制造,航天领域,应用2.碳纤维的制造2.1发展历程碳纤维主要是由沥青、人造丝和聚丙烯腈为主要原料而制造的,目前结构材料中主要使用PAN碳纤维。
1950年,美国Wright-Patterson空军基地开始研制粘胶基碳纤维。
1959年,最早上市的粘胶基碳纤维Thornel-25就是美国联合碳化物公司(UCC)的产品。
与此同时,日本研究人员也在1959年发明了用聚丙烯腈(PAN)基原丝制造碳纤维的新方法。
在此基础上,英国皇家航空研究院开发出了制造高性能PAN基碳纤维的技术流程,使其发展驶入了快车道,PAN基碳纤维成为当前碳纤维工业的主流,产量占世界总产量的90%左右。
20世纪70年代中期,UCC在美国空军和海军的资金支持下,研发高性能中间相沥青基碳纤维;1975年研发成功Thornel P-55(P-55),在1980~1982年之间,又研发成功P-75、P-100和P-120,年产量为230t。
P-120的模最高达965GPa,是理论值的94%,热导率是铜的1.6倍,线膨胀系数仅为-1.33×10-6/K,且在375℃空气中加热1000h仅失重0.3%~1.0%,显示出优异的抗氧化性能。
它们已广泛用于火箭喷管、导弹鼻锥、卫星构件、舰艇材料等方面。
碳纤维在航空航天中的应用摘要:碳纤维就是纤维状的碳,由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。
本文将针对碳纤维的结构、性能、制备方法及其在航空航天中的应用介绍。
引言20世纪纳米科技取得了重大发展,而纳米材料是纳米技术的基础,碳纤维是一种比强度比钢大,比重比铝轻的材料,它在力学,电学,热学等方面有许多特殊性能,碳纤维的强度比玻璃钢的强度高;同时它还具有优异的导电、抗磁化、耐高温和耐化学侵蚀的性能,被认为是综合性能最好的先进材料,因此它在各个领域中的应用推广非常迅速。
在近代工业中,特别是在航空航天中起着十分重要的作用。
1.碳纤维的概念碳纤维就是纤维状的碳,由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼具纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比,杨氏模量是其3 倍多;它与凯芙拉纤维(KF-49)相比,不仅杨氏模量是其2倍左右,而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性出类拔萃。
有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中,时间已过去30多年,它至今仍保持纤维形态。
2.碳纤维的结构碳纤维的结构决定于原丝结构和炭化工艺。
对有机纤维进行预氧化、炭化等工艺处理,除去有机纤维中碳以外的元素,形成聚合多环芳香族平面结构。
在碳纤维形成过程中,随着原丝的不同,质量损失可达10~80%,形成了各种微小的缺陷。
但无论用哪种材料,高模量的碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行的取向。
用x一射线、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。
碳纤维呈现乱层石墨结构。
在乱层石墨结构中,石墨层片仍是最基本结构单元,一般由数张到数十张层片组成石墨微晶,这是碳纤维的二级结构单元。
层片之间的距离叫面间距d,由石墨微晶再组成原纤维,其直径为50nm左右,长度为数百nm,这是纤维的三级结构单元。
碳纤维材料的性能及其应用简介自动化12仲秋晨2110308024一、引言碳纤维是在生活中应用非常广泛的一种材料,它的强度甚至可以与“太空金属”钛相媲美,但密度却不及钛的一般。
无论是在民用的自行车架、羽毛球拍还是在军用的航天、航空领域,碳纤维都是极为理想的材料。
碳纤维材料属于材料密集型材料,颇有政治敏感度,其重要性可见一斑。
中国目前的碳纤维生产水平不容乐观,只有少量的利用自主技术研发的产品能达到国际同类产品水平。
正因为碳纤维材料重要而又特殊的地位,我希望能够在这篇文章中对碳纤维材料的性能及其应用方面的简单介绍,让大家能够对碳纤维材料及其价值有一个全面的了解。
二、碳纤维材料简介1、碳纤维的特性碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,既具有一般碳素材料的特性,又有其独特的性质。
碳纤维主要具有以下特性:(1) 密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5-2g/cm3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;(2) 强度、弹性模量高,其强度比钢大4-5倍,弹性回复为100%;(3) 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;(4) 摩擦系数小,并具有润滑性;(5) 导电性好, 25℃时高模量碳纤维的比电阻为775Ω•cm,高强度碳纤维则为1500Ω•cm;(6) 耐高温和低温性好,在3000℃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;(7)耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。
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。
2、碳纤维增强复合材料与金属材料不同,尽管碳纤维可单独发挥某些功能,然而它属于脆性材料,只有将它与基底材料结合在一起时才能充分利用其优异的性能。
根据使用目的的不同可选用各种基底材料和复合方式,而目前使用最多的最广泛的就是树脂基复合材料。
(1)碳纤维增强复合材料的性能碳纤维增强复合材料着重表现了在力学性强、热物理性能以及热烧蚀性能三个方面,如密度低、高温强度好、能储存大量热能、耐烧蚀性能好等。
碳纤维材料综述
碳纤维材料,那可真是个了不起的玩意儿!它就像是材料世界里的超级明星。
你看,碳纤维材料轻得像羽毛,但强度却高得吓人!这就好比一只小小的蚂蚁,却能扛起比自己重好多倍的东西。
这种特性让它在众多领域大显身手。
在航空航天领域,碳纤维材料简直是如鱼得水。
飞机、航天器用上它,不仅能减轻重量,让飞行更高效,还能增加安全性呢。
这不就像是给这些大家伙插上了轻盈又有力的翅膀吗?
汽车行业也对碳纤维材料钟爱有加呀。
用它制造的车身,既轻巧又坚固,能让汽车跑得更快,还更省油呢。
想象一下,开着一辆碳纤维车身的汽车,那感觉得多酷啊!
体育用品领域更是少不了碳纤维材料的身影。
那些高端的自行车、球拍、鱼竿等等,有了它的加持,性能瞬间提升好几个档次。
运动员们拿着碳纤维装备,就像是有了秘密武器一样。
而且哦,碳纤维材料还具有很好的耐腐蚀性和抗疲劳性。
这意味着它能长时间保持良好的性能,不像有些材料用着用着就不行了。
这难道不厉害吗?
碳纤维材料的制造工艺也是相当复杂和精细的呢。
要经过一道道严格的工序,才能生产出高质量的碳纤维。
这就像是雕琢一件珍贵的艺术品,需要耐心和技巧。
它的发展前景也是无比广阔啊!随着科技的不断进步,碳纤维材料肯定会有更多更神奇的应用。
也许未来的某一天,我们身边到处都是碳纤维材料制成的东西呢。
碳纤维材料就是这样一种令人惊叹的存在。
它以其独特的性能和优势,在各个领域绽放光彩。
真的,你不得不承认它的了不起啊!。
碳纤维材料及应用
摘要:简要介绍了碳纤维的发展,从航空航天与军事领域、体育领域、一般工业制造业领域以及土木工程建筑及新能源开发领域,总结了碳纤维材料的应用状况,并在此基础上对于我国的碳纤维应用前景进行了展望。
关键词:碳纤维及复合材料;特性;应用
中图分类号:tq342+.74 文献标识码:a 文章编号:
碳纤维是一种新型非金属材料。
碳纤维既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维,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。
近年来,在航天、航空、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广泛的应用。
1碳纤维及复合材料的产品形式
碳纤维材料的产品有四种形式:丝束、布料、预浸料坯和短纤维。
布料是有碳纤维制成的织物。
预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列,并将碳纤维或布料用树脂浸泡使其转化成片状。
碳纤维的主要用途是与塑料、金属、陶瓷等基体复合,制成碳纤维复合
材料。
根据用途不同,按照不同的配比,将不同的碳纤维产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料,其加工方法有缠绕成型法、树脂转注成型法(rtm)、薄片缠绕法。
碳纤维与最合适的树脂及预制工艺的结合使得碳纤维的应用更加具有吸引力。
2碳纤维的特性
碳纤维与钻石一样,是主要由碳元素组成,具有以下特性:轻质高强,其比重为铁的四分之一,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1.8~2.6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7.05 gpa,而高强高模量m5j型碳纤维,抗拉模量达640 gpa,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℃低温下仍很柔软,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弯,可适应不同构件形状,成型很方便,可根据受力需要粘粘若干层,而且施工时不需要大型设备,也不需要采用临时固定,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穿透性、高抗热性、导电性及抗腐蚀性能等。
3碳纤维材料的应用
3.1航空航天领域
由于碳纤维性能优越,其复合材料具有高比强度、设计性好、结构尺寸稳定、抗疲劳断裂性好和可大面积整体成型,以及特殊的电磁性能和吸波隐身的特点,鉴于其在工业化生产初期,成本非常
高的高科技航空航天及军事领域,如用于生产军用、民用飞机以及战略导弹和运载火箭等。
在航空领域,碳纤维用于包括水平和垂直机尾,地板梁等材料,它们被称为基础结构材料,除了基础结构材料外,碳纤维还用于副翼、螺旋桨、升降机、引擎和其他部件。
在20世纪80年代早期,碳纤维作为结构材料开始被广泛的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。
2005年随着新型空中客机a350和波音787科技dreamliner(也被称之为7e7)的投产,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建、太阳能板、天线和其他部件等。
3.2 土木建筑领域
20世纪80年代末90年代初在发达国家兴起了一种以碳纤维布加固修复钢筋混凝土的结构补强加固技术。
我国从20世纪90年代也开始研究和应用,现在已经取得一定的研究成果。
例如,位于深圳市建设路的博悦大厦,主体由abc三栋建筑物构成。
ab两栋为写字楼,c栋为酒店式公寓,由于深圳地区抗震设防烈度由原来的6度提高到了7度,造成原设计的主楼框支梁上部分楼层剪力墙水平钢筋配比率低于现行抗震规范要求,因此,决定采用剪力墙表面粘贴碳纤维进行加固处理。
施工流程与现场施工方法为:混凝土基底
修补、打磨处理→涂底层hcj碳纤维胶粘结剂→用hcj碳纤维进行残缺修补→粘贴第一层碳纤维片→粘贴地二层碳纤维片→表面涂装→养护→完工验收,整个工期仅用了2周的时间。
碳纤维补强建筑的研究已经较为成熟,主要研究领域包括四方面的内容:抗弯加固、抗剪加固、碳纤维与混凝土界面粘结性能和抗震性能研究等。
目前,我国建国初期的一些大型建筑已经进入一个需要大力修缮和补强的时期。
此外,我国拥有众多的名胜古迹,对于它们的保护、修缮也需要性能优异的碳纤维材料来实现。
阻碍碳纤维在建筑物补强中应用的主要因素是成本问题。
随着碳纤维产能的不断扩大,成本逐渐降低,加之碳纤维施工技术的不断完善,相信建筑补强用碳纤维材料将出现快速增长。
碳纤维补强混凝土结构时,不需要增加螺栓和铆钉固定,对原混凝土结构扰动小,施工工艺简便。
作为材料,它们正在替代金属和混凝土来满足环境、安全和能源要求,在土木工程和建筑领域的需求正在呈现上升的趋势。
在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些,也见识很有前景的应用。
3.3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、钓鱼竿和网球拍框架材料。
目前,据估计每年的高尔夫棒球的产量为3400万副,按照国家和地区分类,美国和日本高尔夫球棒的主要消费地,占80%以上。
全世界碳纤维钓鱼竿的产量约为每年2000万副,网球拍框架的市场容量约为每年600万副。
其他的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行车,同时碳纤维还应用在划船、赛艇、冲浪和其他海洋运动项目中。
体育休闲用品是应用碳纤维复合材料的一个极重要领域,2003年和2004年世界碳纤维总消耗量分别为19210吨和20680吨,而用于体育休闲用品的碳纤维都超过5000吨,占世界碳纤维总消耗量的25%左右。
而碳纤维复合材料高尔夫球杆(简称碳纤维高尔夫球杆)又是体育休闲用品中应用碳纤维复合材料最主要的产品,占应用于体育休闲用品碳纤维总量的50%左右,世界碳纤维总消耗量中月有12.5%左右用于生产制造高尔夫球杆。
3.4能源开发领域
随着人类环保意识的提高,大型风力发电产业正在迅速兴起。
叶片式风力发电机组有效不活风能的关键部件。
在发电机功率确定的条件下,叶片的材料越轻、刚度和强度越高,叶片抵御荷载的能力就越强,叶片就可以做的越大,它的捕风能力也就越强。
因此,轻质高强、耐久性好的玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料结构成为目前大型风力发电叶片的首选。
尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求的部位应使用碳纤维作为增强材料,不仅可提高叶片的承载能力,也可因碳纤维具有导电性而有效避免雷击对叶片造成的损伤。
4 碳纤维的应用前景展望
碳纤维属于高新技术、高附加值产品,具有其他材料部可比拟
的优异性能,自商品化以来,应用范围已从最初的航空航天、军事部门逐渐向民用领域渗透,目前已扩展到整个工业与民用的多种领域,随着应用研究的不断深入,特别是在民用方面仍将继续拓宽应用领域。
据国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外,近年内包括土木建筑、交通运输、汽车能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维,具有广泛的用途和良好的发展前景。
预计2010年需求量将达到3.2万t/a,全球碳纤维的供给与需求将出现紧张局面。
我国pan基碳纤维材料加工业已初具规模,有一定的技术基础和市场开发能力,市场需求比较旺盛,但碳纤维的生产远远不能满足市场需求。
此外,考虑到我国碳纤维的应用还在不断发展,许多用途还有待于开发,如电子设备套壳、集装箱、医疗器械、深海勘探和新能源的开发等方面都件事我国碳纤维未来的潜在消费市场,对碳纤维的需求量将更大,因此,未来我国碳纤维的市场需求前景广阔,潜力较大。
参考文献
钱博章,国内外碳纤维市场分析与研发进展[j]新材料产业,2007,(2);58-62
徐峰,碳纤维加固设计施工中应注意的几个问题[j]山西建筑,2008,34(10);162-164。