第一篇：碳纖維材料的性能

碳纖維材料的性能及應(yīng)用

摘要：介紹了碳纖維及其增強(qiáng)復(fù)合材料，詳細(xì)介紹了碳纖維復(fù)合材料的分類和特性,著重闡述了碳纖維及其復(fù)合材料在高新技術(shù)領(lǐng)域和能源、體育器材等民用領(lǐng)域的應(yīng)用，并對未來碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：碳纖維性能應(yīng)用 0引言

碳纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高剛度、優(yōu)良的減振性、耐疲勞和耐腐蝕等優(yōu)異性能。以高性能碳纖維復(fù)合材料為典型代表的先進(jìn)復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)、功能或結(jié)構(gòu)/功能一體化材料，不僅在國防戰(zhàn)略武器建設(shè)中具有不可替代性，在綠色能源建設(shè)、節(jié)約能源技術(shù)發(fā)展和促進(jìn)能源多樣化過程中也將發(fā)揮極其重要的作用。若將先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在國防領(lǐng)域的應(yīng)用水平和規(guī)模視作國家安全的重要保證，則碳纖維復(fù)合材料在交通運(yùn)輸、風(fēng)力發(fā)電、石油開采、電力輸送等領(lǐng)域的應(yīng)用將與有效減少溫室氣體排放、解決全球氣候變暖等環(huán)境問題密切相關(guān)。隨著對碳纖維復(fù)合材料認(rèn)識的不斷深化，以及制造技術(shù)水平的不斷提升，碳纖維復(fù)合材料在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究與裝備不斷取得進(jìn)展，借鑒國際先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用經(jīng)驗，牽引高性能碳纖維及其復(fù)合材料的國產(chǎn)化步伐，對于改變經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排具有重要的戰(zhàn)略意義。

1碳纖維材料

1.1何為碳纖維材料

碳纖維是一種含碳量在9 2% 以上的新型高性能纖維材料, 具有重量輕、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和遠(yuǎn)紅外輻射等多種優(yōu)異性能, 不僅是21 世紀(jì)新材料領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品, 更是國家重要的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料, 政治、經(jīng)濟(jì)和軍事意義十分重大。碳纖維分為聚丙烯睛基、瀝青基和粘膠基3種, 其中90 % 為聚丙烯睛基碳纖維。聚丙烯睛基碳纖維的生產(chǎn)過程主要包括原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩部分。用碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷、玻璃等基體制成的復(fù)合材料, 廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域體育休閑領(lǐng)域以及汽車制造、新型建材、信息產(chǎn)業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域。1.2碳纖維的特點(diǎn)

碳纖維是纖維狀的碳材料, 由有機(jī)纖維原絲在1 000 以上的高溫下碳化形成, 且含碳量在90%以上的高性能纖維材料。碳纖維主要具備以下特性:

(1)密度小、質(zhì)量輕, 碳纖維的密度為1.5~ 2 g /cm3, 相當(dāng)于鋼密度的1 /

4、鋁合金密度1/2;(2)強(qiáng)度、彈性模量高, 其強(qiáng)度比鋼大4~ 5倍, 彈性回復(fù)為100%;(3)熱膨脹系數(shù)小, 導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降, 耐驟冷、急熱, 即使從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫也不會炸裂

(4)摩擦系數(shù)小, 并具有潤滑性;

(5)導(dǎo)電性好, 25 時高模量碳纖維的比電阻為775 cm, 高強(qiáng)度碳纖維則為1 500 cm;(6)耐高溫和低溫性好, 在3 000 非氧化氣氛下不熔化、不軟化, 在液氮溫度下依舊很柔軟, 也不脆化;

(7)耐酸性好, 對酸呈惰性, 能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸等侵蝕。除此之外, 碳纖維還具有耐油、抗輻射的特性

2碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

盡管碳纖維可單獨(dú)使用發(fā)揮某些功能, 然而, 它屬于脆性材料, 只有將它與基體材料牢固地結(jié)合在一起時, 才能利用其優(yōu)異的力學(xué)性能, 使之更好地承載負(fù)荷。因此, 碳纖維主要還是在復(fù)合材料中作增強(qiáng)材料。根據(jù)使用目的不同可選用各種基體材料和復(fù)合方式來達(dá)到所要求的復(fù)合效果。碳纖維可用來增強(qiáng)樹脂、碳、金屬及各種無機(jī)陶瓷, 而目前使用得最多、最廣泛的是樹脂基復(fù)合材料。2.1碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷具有優(yōu)異的耐蝕性、耐磨性、耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性, 廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用產(chǎn)品。它的弱點(diǎn)是對裂紋、氣孔和夾雜物等細(xì)微的缺陷很敏感。用碳纖維增強(qiáng)陶瓷可有效地改善韌性, 改變陶瓷的脆性斷裂形態(tài), 同時阻止裂紋在陶瓷基體中的迅速傳播、擴(kuò)展。目前國內(nèi)外比較成熟的碳纖維增強(qiáng)陶瓷材料是碳纖維增強(qiáng)碳化硅材料, 因其具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能, 在高溫下服役不需要額外的隔熱措施,因而在航空發(fā)動機(jī)、可重復(fù)使用航天飛行器等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。2.2碳/碳復(fù)合材料

碳/碳復(fù)合材料是碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料的簡稱, 也是一種高級復(fù)合材料。它是由碳纖維或織物、編織物等增強(qiáng)碳基復(fù)合材料構(gòu)成。碳/碳復(fù)合材料主要由各類碳組成, 即纖維碳、樹脂碳和沉積碳。這種完全由人工設(shè)計、制造出來的純碳元素構(gòu)成的復(fù)合材料具有許多優(yōu)異性能, 除具備高強(qiáng)度、高剛性、尺寸穩(wěn)定、抗氧化和耐磨損等特性外, 還具有較高的斷裂韌性和假塑性。特別是在高溫環(huán)境中, 強(qiáng)度高、不熔不燃, 僅是均勻燒蝕。這是任何金屬材料無法與其比擬的。因此廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭, 固體火箭發(fā)動機(jī)噴管以及飛機(jī)剎車盤等高科技領(lǐng)域。2.3碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料

碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)纖維, 金屬為基體的復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料與金屬材料相比, 具有高的比強(qiáng)度和比模量;與陶瓷相比, 具有高的韌性和耐沖擊性能, 金屬基體多采用鋁、鎂、鎳、鈦及它們的合金等, 其中, 碳纖維增強(qiáng)鋁、鎂復(fù)合材料的制備技術(shù)比較成熟。制造碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要技術(shù)難點(diǎn)是碳纖維的表面涂層, 以防止在復(fù)合過程中損傷碳纖維,從而使復(fù)合材料的整體性能下降。目前, 在制備碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時碳纖維的表面改性主要采用氣相沉積、液鈉法等, 但因其過程復(fù)雜、成本高, 限制了碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的推廣應(yīng)用 2.4碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)是目前最先進(jìn)的復(fù)合材料之一。它以輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料, 是其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所無法比擬的。碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料所用的基體樹脂主要分為兩大類, 一類是熱固性樹脂, 另一類是熱塑性樹脂。熱固性樹脂由反應(yīng)性低分子量預(yù)集體或帶有活性基團(tuán)高分子量聚合物組成;成型過程中, 在固化劑或熱作用下進(jìn)行交聯(lián)、縮聚, 形成不熔不溶的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。在復(fù)合材料中常采用的有環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂以及酚醛樹脂等。熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成, 在一定條件下溶解熔融, 只發(fā)生物理變化。常用的有聚乙烯、尼龍、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等。在碳纖維增強(qiáng)樹 脂基復(fù)合材料中, 碳纖維起到增強(qiáng)作用, 而樹脂基體則使復(fù)合材料成型為承載外力的整體, 并通過界面?zhèn)鬟f載荷于碳纖維, 因此它對碳纖維復(fù)合材料的技 術(shù)性能、成型工藝以及產(chǎn)品價格等都有直接的影響。碳纖維的復(fù)合方式也會對復(fù)合材料的性能產(chǎn)生影響。在制備復(fù)合材料時, 碳纖維大致可分為兩種類型: 連續(xù)纖維和短纖維。連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料通常具有更好的機(jī)械性能, 但由于其制造成本較高,并不適應(yīng)于大規(guī)模的生產(chǎn)。短纖維復(fù)合材料可采用與樹脂基體相同的加工工藝, 如模壓成型、注射成型以及擠出成型等。當(dāng)采用適合的成型工藝時, 短纖維復(fù)合材料甚至可以具備與連續(xù)纖維復(fù)合材料相媲美的機(jī)械性能并且適宜于大規(guī)模的生產(chǎn), 因此短纖維復(fù)合材料近年來得到了廣泛的應(yīng)用。

李軍《碳纖維及其復(fù)合材料的研究應(yīng)用進(jìn)展》遼寧化工2010年9月第39卷第9期

3碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用

3.1高新技術(shù)領(lǐng)域

碳纖維復(fù)合材料因其獨(dú)特、卓越的性能，在航空領(lǐng)越特別是飛機(jī)制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。統(tǒng)計顯示，目前，碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機(jī)和直升飛機(jī)上的使用量已占70％~80％，在軍用飛機(jī)上占30％~40％，在大型客機(jī)上占15％~50％。AV—8B 改型“鷂”式飛機(jī)是美國軍用飛機(jī)中使用復(fù)合材料最多的機(jī)種，其機(jī)翼、前機(jī)身都用了石墨環(huán)氧大型部件，全機(jī)所用碳纖維的重量約占飛機(jī)結(jié)構(gòu)總重量的26％，使整機(jī)減重9％，有效載荷比AV—8A飛機(jī)增加了一倍。數(shù)據(jù)顯示采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的前機(jī)身段，可比金屬結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量32.24%。用軍機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的重要指標(biāo)——結(jié)構(gòu)重量系數(shù)來衡量，國外第四代軍機(jī)的結(jié)構(gòu)重量系數(shù)已達(dá)到27～28%。未來以F-22 為目標(biāo)的背景機(jī)復(fù)合材料用量比例需求為35%左右，其中碳纖維復(fù)合材料將成為主體材料。在法國電信一號通信衛(wèi)星本體結(jié)構(gòu)中，帶有4 條環(huán)形加強(qiáng)筋的中心承力筒是由CFRP 制成的，它通過螺接連接在由CFRP 制成的儀器平臺上。衛(wèi)星的蒙皮是由T300 CFRP 制成。由于CFRP 的比模量高，在日本JERS-1 地球資源衛(wèi)星殼體內(nèi)部的500 mm 的推力筒、儀器支架、8 根支撐桿和分隔環(huán)都使用了M40JB CFRP，此外，衛(wèi)星的外殼、一些儀器的安裝板均采用了碳纖維/環(huán)氧蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。美國空軍實驗室1997 年在國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)試驗項目(BMDO CEP)支持下，成功設(shè)計并制造了以CFRP 為加強(qiáng)筋的AGS 整流罩，重量僅37 kg，同類型鋁合金防護(hù)罩重97 kg，運(yùn)用纖維纏繞技術(shù)實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，工藝周期縮短88%，比同類型蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造復(fù)合材料整流罩減重40%，成本降低20%

圖3 CEP 火箭有效載荷整流罩 Fig． 3 Payload fairing of CEP launch rocket 3.2民用領(lǐng)域

3.2.1碳纖維復(fù)合材料在體育器材上的應(yīng)用

像撐竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車、滑雪板、皮劃艇等靠人力來使其運(yùn)動的體育器材，人們希望其質(zhì)量越輕越好;即使是靠人力以外的其他動力來使其運(yùn)動的器材，如賽車、帆船、摩托艇等，在相同的條件下也以質(zhì)輕為好。碳纖維復(fù)合材料在此方面具有不可比擬的優(yōu)勢，其密度為1． 76 ～1． 80 g /cm3，所制復(fù)合材料密度為1． 50 ～1． 60 g /cm3，而鋼材約為7． 87 g /cm3、鋁材2． 7 g /cm3、鈦材4． 5 g /cm3。顯然，CFRP 要比金屬材料輕得多。3.2.1碳纖維在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

葉片是風(fēng)力發(fā)電裝備的關(guān)鍵部件，它的質(zhì)量（W）隨葉片長度（L）的三次方增加（W=A L3）。當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片質(zhì)量增長到一定程度時，葉片質(zhì)量的增加幅度大于風(fēng)機(jī)能量輸出的增加，那么葉片長度的增加則存在一個極值。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的長度尺寸、剛性以及質(zhì)量代表著風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電水平，常規(guī)的玻璃纖維增強(qiáng)材料制備葉片已難以滿足葉片尺寸加大對剛性與質(zhì)量的綜合要。碳纖維復(fù)合材料優(yōu)異的抗疲勞特性和良好的導(dǎo)電特性，可有效減弱惡劣環(huán)境對葉片材料的損害，避 免雷擊對葉片造成的損傷求，在全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量快速增長的今天，提高碳 纖維復(fù)合材料用量的長葉片大容量風(fēng)機(jī)將成為主要趨勢。3.2.3碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

鐵道部規(guī)劃在3 ～ 5 年內(nèi)，時速為160km / h 的車輛將達(dá)到50% 以上，約1 萬5千輛，每輛車需剎車片32 片，共需約48 萬片。車輛提速之前，鐵路客車和貨車的最高設(shè)計時速分別為120km / h 和80km / h。由于車輛速度每提高一倍，其制動功率將增加8 倍，因此對提速車輛用制動材料提出了相當(dāng)嚴(yán)格的技術(shù)要求。理論研究和實車運(yùn)營狀況表明，現(xiàn)有的常規(guī)制動材料，無論是摩擦系數(shù)和列 車運(yùn)行平穩(wěn)性，還是耐磨性、導(dǎo)熱性、制動距離等均不能滿足提速車輛的需要碳纖維復(fù)合材料剎車片是國際上仍在不斷研究的新型制動材料，它具有強(qiáng)度高、彈性模量適中、耐熱性好、重量輕、膨脹系數(shù)小、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，而所有這些都是提速列車制動所必需的性能，因此開發(fā)這類新型材料已被發(fā)達(dá)國家重視德國鐵路部門投巨資，由KnoorBremse公司研制了高速列車用碳纖維復(fù)合材料盤型制動器;日本、法國開發(fā)研制的碳纖維復(fù)合材料剎車片已成功地應(yīng)用于新干線和TGV 高速列車制動。面對國外碳纖維復(fù)合材料高技術(shù)的發(fā)展趨勢和我國鐵路對高性能制動片的迫切需求，研制開發(fā)高速列車用碳纖維復(fù)合材料剎車片不僅具有重要的現(xiàn)實意義，而且具有巨大的推廣應(yīng)用價值

4碳纖維產(chǎn)業(yè)的前景展望

自２００４年隨著碳纖維在汽車應(yīng)用上的起步、飛機(jī)應(yīng)用及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的擴(kuò)大，碳纖維的需求快速增加，使全球碳纖維供應(yīng)呈嚴(yán)重短缺現(xiàn)象，促使世界各國 碳纖維生產(chǎn)廠家紛紛加大資金投入、擴(kuò)大產(chǎn)能，碳纖維的生產(chǎn)進(jìn)入高速發(fā)展時期。由于全球?qū)μ祭w維需求的持續(xù)增長，預(yù)計未來碳纖維還將以超過１０％年增長率 速度持續(xù)增長。目前世界碳纖維生產(chǎn)和技術(shù)主要集中在日本、美國等少數(shù)幾個國家，其中日本占全球產(chǎn)能的５０％以上，美國占全球產(chǎn)能的２７．５％。盡管我國從２０世紀(jì)６０年代后期就開始ＰＡＮ基碳纖維研究工作，且與國外開始的時間相差不遠(yuǎn)；但由于在原絲與碳化的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備上一直未能取得突破，特別是ＰＡＮ原絲技術(shù)停滯不前，因此與世界上碳纖維生產(chǎn)先進(jìn)水平的國家相比，在數(shù)量和質(zhì)量上差距越拉越大。盡管我國的碳纖維生產(chǎn)發(fā)展緩慢，但消費(fèi)量卻與 日俱增，市場需求旺盛。隨著市場需求的增加，特別是國防、軍工、航空航天、體育用品等方面需求的增長，每年從國外進(jìn)口的碳纖維越來越多。這就要求我們必需加快研究、生產(chǎn)步伐，抓住發(fā)展機(jī)遇，盡快實現(xiàn)和提高我國碳纖維國產(chǎn)化生產(chǎn)水平。

第二篇：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料性能的研究

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料性能的研究

摘 要：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其優(yōu)異的綜合性能成為當(dāng)今世界材料學(xué)科研究的 重點(diǎn)。本文介紹了的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，簡述了增強(qiáng)機(jī)理、成型工藝及其應(yīng)用領(lǐng) 域和發(fā)展趨勢。

新材料的研究、發(fā)展與應(yīng)用一直是當(dāng)代高新技術(shù) 的重要內(nèi)容之一。其中復(fù)合材料，特別是先進(jìn)復(fù)合材料 在新材料技術(shù)領(lǐng)域占有重要的地位，對促進(jìn)世界各國 軍用和民用領(lǐng)域的高科技現(xiàn)代化，起到了至關(guān)重要的 作用，因此近年來倍受重視。

復(fù)合材料(Composite materials)，是以一種材料為基體(Matrix)，另一種材料為增強(qiáng)體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等?！?】

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)是目前最先進(jìn)的復(fù)合 材料之一。它以輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能 優(yōu)良等特點(diǎn)廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料，而這些優(yōu) 異的性能可使碳纖維成為一種十分良好的增強(qiáng)材 料。目前，碳纖維大部分應(yīng)用于碳纖維增強(qiáng)樹脂基 復(fù) 合 材 料（Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite，簡稱CFRP）。是其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所無法比擬的。因為環(huán)氧樹脂的熱機(jī)械 性能、抗蠕變性能、粘接性能優(yōu)異而且吸濕性好； 固化收縮率和線膨脹系數(shù)??；固化溫度較低；較高 溫度下穩(wěn)定性好；尺寸穩(wěn)定性、綜合性能好[2]；而 且又與有機(jī)材料的浸潤性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來 應(yīng)用最多的就是碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。目 前為止，CFRP 可以應(yīng)用于航空、航天，體育用品，交通工具，建筑材料等多個領(lǐng)域。無論是軍用還 是民用，隨著研究的不斷深入和工廠的大規(guī)模生產(chǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的性能【10】

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有一系列的優(yōu)異性能, 主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）具有高的比強(qiáng)度和比模量。CFRP的密度僅為 鋼材的 1/5，鈦合金的 1/3，比鋁合金和玻璃鋼（GFRP）還輕，使其比強(qiáng)度（強(qiáng)度 / 密度）是高強(qiáng)度鋼、超硬鋁、鈦合金的4倍左右，玻璃鋼的2倍左右；比模量（模量/ 密度）是它們的3倍以上。CFRP輕而剛、剛而強(qiáng)的特性 是其廣泛用于宇航結(jié)構(gòu)材料最基本的性能。

（2）耐疲勞。在靜態(tài)下，CFRP 循環(huán) 105 次、承受 90%的極限強(qiáng)度應(yīng)力時才被破壞，而鋼材只能承受極 限強(qiáng)度的 50%左右。對于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材 料，在應(yīng)力作用下呈現(xiàn)粘彈性材料的疲勞特性，顯示出 耐疲勞特性。CFRP呈現(xiàn)出良好的抗蠕變性能，這可能 與碳纖維的剛性有關(guān)。

（3）熱膨脹系數(shù)小。碳纖維的熱膨脹系數(shù)α具有 顯著的各向異性，使其復(fù)合材料的α也具有各向異 性。

（4）耐磨擦，抗磨損。CFRP 有優(yōu)良的耐疲勞特 性、熱膨脹系數(shù)小和熱導(dǎo)率高的特性，具耐磨擦、抗磨 損的基本性能。再加之碳纖維具有亂層石墨結(jié)構(gòu)，自 潤滑性好，適用于摩擦磨損材料。比磨耗量可用以下 三式表示。

Wr=KLa

a=(b+2)/ 3

N=（So /S）/ b

式中Wr 為比磨耗量； K為比例常數(shù)； S為循環(huán)作 用的應(yīng)力； So 為材料的拉伸強(qiáng)度； N為斷裂時的循環(huán)次 數(shù)。CFRP具有高的拉伸強(qiáng)度，是優(yōu)良的摩擦材料。

（5）耐蝕性。碳纖維的耐蝕性非常優(yōu)異，在酸、堿、鹽和溶劑中長期浸泡不會溶脹變質(zhì)。CFRP 的耐蝕性 主要取決于基體樹脂。長期在酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑環(huán) 境中，刻蝕、溶脹等使其變性、腐蝕，導(dǎo)致復(fù)合材料性能 下降。

（6）耐水性好。碳纖維復(fù)合材料的耐水性好，可長 期在潮濕環(huán)境和水中使用。一般沿纖維方向(0°)的強(qiáng)度 保持率較高，垂直于纖維方向(90o)的保持率較低。這可 能與基體樹脂的吸濕、溶脹有關(guān)。

（7）導(dǎo)電性好。碳纖維具有導(dǎo)電性能。對于 CFRP 導(dǎo)電性能來自碳纖維，基體樹脂是絕緣體。因此，CFRP 的導(dǎo)電性能也具有各向異性。

（8）射線透過性。CFRP對 X射線透過率大，吸收 率小，可在醫(yī)療器材（如 X光機(jī)）方面應(yīng)用。增強(qiáng)機(jī)理 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是以聚合物為基體(連續(xù)相)，纖維為增強(qiáng)材料(分散相)組成的復(fù)合材料。纖維材料的強(qiáng)度和模量一般比基體材料高得多，使它 成為主要的承載體。但是必須有一種粘接性能好的基 體材料把纖維牢固地粘接起來。同時，基體材料又能起到使外加載荷均勻分布，并傳遞給纖維的作用【11】。

這種復(fù)合材料的特點(diǎn)是，在應(yīng)力作用下，使纖維的 應(yīng)變與基體樹脂的應(yīng)變歸于相等，但由于基體樹脂的 彈性模量比纖維小得多，且易塑性屈服，因而當(dāng)纖維和 基體處在相同應(yīng)變時，纖維中的應(yīng)力要比基體中的應(yīng) 力大得多，致使一些有裂口的纖維先斷頭，然而由于斷 頭部分受到粘著它的基體的塑性流動的阻礙，斷纖維 在稍離斷頭的未斷部分仍然與其周圍未斷纖維一樣承 擔(dān)相同的負(fù)荷。復(fù)合增強(qiáng)的另一原因是基體抑制裂紋 的效應(yīng)，柔軟基體依靠切變作用使裂紋不沿垂直方向 發(fā)展而發(fā)生偏斜，導(dǎo)致斷裂能有很大一部分用于抵抗 基體對纖維的粘著力，從而使銀紋在 CFRP 整個體積 內(nèi)得到一致，而使抵抗裂紋產(chǎn)生、生長、斷裂以及裂紋 傳播的能力都大為提高。因此，CFRP的力學(xué)性能得到 很大的改善和提高【12】。實驗部分

1.1 實驗原料

碳纖維（12K/T-300）：臺灣臺塑廠；環(huán)氧樹脂 E51：星辰化工無錫樹脂廠；固化劑：二乙烯三胺（DETA）分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；活 性稀釋劑：市售。

1.2 實驗儀器及設(shè)備 電子天平：H10KS，上海儀器總廠；電熱恒溫 鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9030 型，上海精密實驗設(shè)備有 限公司；攪拌器：DF-1 型，榮華儀器制造有限公 司；模具：自制。

1.3 復(fù)合材料的制備

（1）將碳纖維干燥，條件為：150 ℃/2 h；（2）按規(guī)定配比配制樹脂膠液；

（3）采用手糊成型工藝制作層合板，并固化，固化條件為 100 ℃/3 h + 150 ℃/2 h；

（4）用萬能制樣機(jī)切割標(biāo)準(zhǔn)樣條；

其中制作的層合板長寬為 200 mm×200 mm，厚度為 5 mm 的方形板材，基體樹脂每層用量為 20 g，碳纖維每層平鋪，一共為 8 層，層與層之間的碳 纖維絲束成十字交叉排列。

試驗結(jié)果與討論

2.1 碳纖維含量對硬度的影響 顯微硬度試驗結(jié)果示于圖 1?？梢钥闯? 隨著 碳纖維含量的增加, 試樣的硬度呈現(xiàn) S 形增加趨 勢, 增加幅度由小到大又由大到小。碳纖維是脆性 材料, 具有高的強(qiáng)度和比模量, 所以加入碳纖維能提 高試樣的硬度[ 5]?；w是樹脂材料, 其硬度較低, 當(dāng) 碳纖維含量較低時, 由于在基體中較分散, 所以對顯 微硬度的貢獻(xiàn)較小;當(dāng)碳纖維含量> 10%, 碳纖維的 作用變的非常明顯, 所以硬度有較大幅度的增加;但 是, 當(dāng)碳纖維含量> 25% , 碳纖維的增強(qiáng)作用逐漸達(dá) 到飽和, 硬度的增加速度開始下降?？傊? 碳纖維的 加入對硬度的提高非常明顯。

圖y為不同碳纖維含量樣品的電導(dǎo)率。從中可 以看出, 當(dāng)碳纖維含量< 10%時, 電阻隨纖維含量的 增加急劇下降;當(dāng)碳纖維含量> 10%時, 體積電阻的 變化趨于平緩, 電阻值的下降與碳纖維含量的增加 并不成正比, 有一個滲濾閥值, 這個滲濾閥值約為 15%。這表明, 碳纖維/ 酚醛樹脂復(fù)合體系在碳纖維 含量為 15%以上, 試樣具有一定的導(dǎo)電性能[ 6]。

上述結(jié)果可用以下理論解釋, 當(dāng)復(fù)合體系中導(dǎo) 電填料的含量在達(dá)到一個臨界值前, 其電阻率急劇 下降, 在電阻率導(dǎo)電填料含量曲線上出現(xiàn)一個狹窄 的突變區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi), 導(dǎo)電填料含量的任何細(xì) 微變化均會導(dǎo)致電阻率的顯著改變, 這種現(xiàn)象通常 稱為滲濾現(xiàn)象, 導(dǎo)電填料的臨界含量稱為滲濾閥值。在突變區(qū)域之后, 即使導(dǎo)電填料含量繼續(xù)提高, 復(fù)合 材料的電阻率變化甚小, 這反映在突變點(diǎn)附近導(dǎo)電 填料的分布開始形成導(dǎo)電通路網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)電高分子材 料的導(dǎo)電現(xiàn)象是由導(dǎo)電填料的直接接觸和填料間隙 之間的隧道效應(yīng)的綜合作用產(chǎn)生的;或者說是由導(dǎo) 電通道、隧道效應(yīng)和場致發(fā)射三種導(dǎo)電機(jī)理競相作 用的結(jié)果。在低導(dǎo)電填料含量及低外加電壓下, 導(dǎo) 電粒子間距較大, 形成鏈狀導(dǎo)電通道的幾率極小, 這 時隧道效應(yīng)起主要作用;在低導(dǎo)電填料含量和高外 加電壓時, 場致發(fā)射理論變得顯著;在高導(dǎo)電填料含 量下, 導(dǎo)電粒子的間距小, 形成鏈狀導(dǎo)電通道幾率較 大, 這時導(dǎo)電通道機(jī)理的作用明顯增大[ 7]。

碳纖維含量對耐磨性的影響

試樣磨損完畢后, 每個試樣磨損前、后的質(zhì)量磨 損量與碳纖維含量的關(guān)系如圖 3 所示。從圖 3 可以 看出, 隨著碳纖維含量的增加, 復(fù)合材料的磨損率下 降、耐磨性能提高, 且提高程度隨著碳纖維含量的增加而減小, 最后趨于不變。

綜上所述，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料品種結(jié)構(gòu) 變化繁多，加工成型技術(shù)不斷更新，基礎(chǔ)理論研究方興 未艾，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，這些事實充分證明了這一材料在工程塑料中的領(lǐng)先地位。隨著基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研 究的不斷深入，該材料在取代金屬、節(jié)約能源、特殊專 用等方面將發(fā)揮獨(dú)特的作用，其巨大的潛力必將得到 進(jìn)一步挖掘。

總結(jié)碳纖維復(fù)合材料的現(xiàn)實應(yīng)用有以下幾個方面: 4.1 航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[13] 碳纖維復(fù)合材料與鋼材相比其質(zhì)量減輕 75%，而 強(qiáng)度卻提高 4 倍，其最早最成熟的應(yīng)用當(dāng)屬在航空航 天領(lǐng)域，如軍用飛機(jī)、無人戰(zhàn)斗機(jī)及導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi) 星等。早在 1970 年代初期，美國軍用 F-14 戰(zhàn)斗機(jī)就部 分采用碳纖維復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)。在民用航空 領(lǐng)域，如波音 767 和空中客車 A310 中，碳纖維復(fù)合材 料也占到了結(jié)構(gòu)質(zhì)量的 3%和 5%左右。近幾年隨著碳 纖維工業(yè)技術(shù)和航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，碳纖維在 這一領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，如用于制造人造衛(wèi)星支架、衛(wèi)星天線、航天飛機(jī)的機(jī)翼、火箭的噴焰口、戰(zhàn)略導(dǎo)彈 的末級助推器、機(jī)器人的外殼等。

4.2 體育休閑領(lǐng)域的應(yīng)用 體育休閑用品是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的另一個重 要領(lǐng)域，如高爾夫球桿、滑雪板、滑雪車、網(wǎng)球拍、釣魚 竿等。用碳纖維復(fù)合材料制成的球拍與傳統(tǒng)的鋁合金 球拍相比，其質(zhì)量更輕、手感和硬度更好、對震蕩和振 動的吸收也更好，且使用壽命大大延長。同時由于復(fù)合 材料本身的可設(shè)計性，使得制造商在球拍的硬度、彈 性、球感、擊球性能的設(shè)計上，有了更大的想象空間。而 碳纖維釣魚竿由于其良好的韌性與耐用性，更是被廣 泛青睞。近年來，碳纖維復(fù)合材料在運(yùn)動及休閑型自行 車零組件方面的應(yīng)用也非常廣泛。

4.3 交通運(yùn)輸領(lǐng)域 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在交通運(yùn)輸方面主要是汽車 骨架、螺旋槳芯軸、輪轂、緩沖器、彈簧片、引擎零件、船 舶的增強(qiáng)材料等，尤其在汽車方面的應(yīng)用更是潛力巨 大。早在 1979 年，福特汽車公司就在實驗車上作了試 驗，將其車身、框架等 160 個部件用碳纖維復(fù)合材料制 造，結(jié)果整車減重 33%，汽油的利用率提高了 44%，同 時大大降低了振動和噪音。

4.5 其他工業(yè)領(lǐng)域 防彈產(chǎn)品方面，包括防彈頭盔、防彈服、防彈運(yùn)鈔 車和防彈汽車等；電子工業(yè)方面，包括各種反射面天 線、印刷電路板、殼架等；生物工程和人體醫(yī)學(xué)方面，包括人造關(guān)節(jié)、骨骼、CT掃瞄床板等；地鐵車輛、發(fā)熱 材料和電熱用品以及機(jī)械制造工業(yè)等復(fù)合材料產(chǎn)品 多種多樣，層出不窮，充分體現(xiàn)了其應(yīng)用多元化的趨 勢和特點(diǎn)。

【1】360百科

［2］ 張金祥．新型 BMI/環(huán)氧樹脂共固化體系的研究[D].大連：大連理 工大學(xué)，2011．

10張曉虎,孟宇,張煒.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨 勢.纖維復(fù)合材料,2004,30(1):50～58.王汝敏,鄭水蓉,鄭亞萍.聚合物基復(fù)合材料及工藝.北京:科學(xué) 出版社,2004.12彭樹文.碳纖維增強(qiáng)尼龍66的研究.工程塑料應(yīng)用 13 蘇小萍.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀.高科技纖維與應(yīng) 用, 2004,29(5):34～36.

第三篇：碳纖維材料簡介

碳纖維材料簡介

從愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲制成電燈燈絲.開啟了碳纖維應(yīng)用的先河, 一直到今天碳纖維假肢力助'`刀鋒戰(zhàn)士'`皮斯托瑞斯讓他在倫敦奧運(yùn)會的賽場上大放異彩碳纖維這種一直被認(rèn)為是非常神秘的高科技材料如今正逐漸走入大眾的生活之中.我們周遭的很多產(chǎn)品上都或多或少地采用了這種材料,比如釣魚竿、網(wǎng)球拍自行車、汽車零部件等目前國外設(shè)計師也已經(jīng)開始嘗試將這種高科技材料應(yīng)用到家具產(chǎn)品中去, 給傳統(tǒng)的家具行業(yè)注入了新的活力。1 概述

碳纖維(C arb o n F.b e r.C F)是一種具有高強(qiáng)度和高模量的耐高溫纖維是化纖的高端品種, 一般按原料 的不同可將碳纖維分為聚丙烯晴基(po lva er丫Ion ,tr, le)碳纖維、瀝青(P lteh)基碳纖維和粘膠基(Vi so os e一ba sed)碳纖維等。其中聚丙烯晴基碳纖維由于碳化率較高(4 0 % 一4 5 %), 且生產(chǎn)過程和本相對后兩者要簡單低廉因此他的產(chǎn)量也是最大的.是目前世界碳纖維 的主流。但不論是哪種碳纖維, 其制造工藝都是十分復(fù)雜的簡單來說以聚丙烯晴基碳纖維為例制備需完成以下兩個基本過程:(1)熱穩(wěn)定氧化處理

纖維原絲通過含有氧氣的高溫爐體(20 0 ℃ 一3 0 0 C)材料受熱軟化.內(nèi)部結(jié)構(gòu)由原先的聚丙烯睛的線狀結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)成較穩(wěn)定且堅固的六角形排列。(2)碳化或石墨化

經(jīng)過氧化處理后的原絲在惰性氣體保護(hù)下加熱至I0 0 0 C 以上的高溫, 這時高分子結(jié)構(gòu)中的氧、氫等元素會因受不了高溫紛紛奪門而出.最后遺留下來的就只剩碳了。

制備完成后的碳纖維束一方面具有一般碳素材料的共有特性.如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等另一方面.從原子層面看碳纖維跟石墨很相似.是由一層層以六角型排列的碳原子所構(gòu)成兩者之間的差別在于石墨是晶體結(jié)構(gòu)它的層間連結(jié)松散.而碳纖維層間連結(jié)是不規(guī)則的這樣就可以防止層間的滑移.從而使碳纖維在沿纖維軸方 向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。2 材料特點(diǎn)

從以上對碳纖維材料的制備介紹我們可以知道材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有非常優(yōu)異的物理化學(xué)性能碳纖維最優(yōu)異的性能是比強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度/ 密度)和比模量(彈性模量/ 密度)超過一般的增強(qiáng)纖維。通常材料的比強(qiáng)度越高則構(gòu)件自重愈小:比模量越高.則構(gòu)件的剛度愈大.而碳纖維和樹脂形成的復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量比鋼和鋁合金還高出幾倍, 這也是為什么現(xiàn)在越來越多需要高強(qiáng)度輕量化的產(chǎn)品都會使用這種材料的原因, 碳纖維也因此成為了`'輕量化“的代名詞。

此外.碳纖維材料還具有以下一些特性

（1）極佳的耐熱性(可耐20 0 0 c 的高溫)和尺寸穩(wěn)定性(熱膨脹系數(shù)小)（2）由于碳纖維與基體復(fù)合可緩和破壞裂紋的擴(kuò)展因此其疲勞強(qiáng)度非常高，(3)良好的耐腐蝕性和導(dǎo)電性以及電傳導(dǎo)及電磁波屏蔽性

(4)具有纖維般的柔曲性可編織和纏繞成型可加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等多種材料中制成復(fù)合材料應(yīng)用靈活。《家具》2 0 1 2 年第6 期

第四篇：如何粘貼碳纖維材料

如何粘貼碳纖維材料？

粘貼碳纖維材料是碳纖維施工中非常重要的一部分。粘貼的好壞直接影響到施工的質(zhì)量，如何粘貼才是最好的呢?

在粘貼碳纖維材料之前，首先應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥。氣溫在-10℃以上，相對濕度RH>85%時，如無有效措施不得施工。為防止碳纖維受損，在碳纖維材料運(yùn)輸、儲存、裁切和粘貼過程中。應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般以不超過6m為宜。為防止材料在保管過程中損壞，材料的裁切數(shù)量應(yīng)按當(dāng)天的用量裁切為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上。該部位應(yīng)多涂樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。其施工工藝要點(diǎn)如下：

(1)粘貼樹脂的主劑、固化催促劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)。

(2)粘貼時，在碳纖維和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉(專用工具)沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹脂滲浸入碳纖維中。

粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護(hù)1-2小時達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期間不受外界干擾和碰撞，這樣加固之后才會非常的牢固。

第五篇：碳纖維論文

長春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計概論結(jié)業(yè)論文

論述碳纖維的制造技術(shù)及在航天發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用

王曉剛

20090573 1.摘要:碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材，在過去的二三十年里得到廣泛的研究。其含碳量在90%以上，與其它高性能纖維相比具有最高比強(qiáng)度和最高比模量。特別是在2000℃以上高溫惰性環(huán)境中，是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)。此外，其還兼具其他多種得天獨(dú)厚的優(yōu)良性能：低密度、高升華熱、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、高震動衰減性、低熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性、紡織加工性均優(yōu)良等。因此，碳纖維復(fù)合材料也同樣具有其它復(fù)合材料無法比擬的優(yōu)良性能，被應(yīng)用于軍事及民用工業(yè)的各個領(lǐng)域，在航空航天領(lǐng)域的光輝業(yè)績，尤為世人所矚目。

關(guān)鍵詞:碳纖維,制造,航天領(lǐng)域,應(yīng)用 2.碳纖維的制造 2.1發(fā)展歷程

碳纖維主要是由瀝青、人造絲和聚丙烯腈為主要原料而制造的，目前結(jié)構(gòu)材料中主要使用PAN碳纖維。

1950年，美國Wright-Patterson空軍基地開始研制粘膠基碳纖維。1959年，最早上市的粘膠基碳纖維Thornel-25就是美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)的產(chǎn)品。與此同時，日本研究人員也在1959年發(fā)明了用聚丙烯腈(PAN)基原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國皇家航空研究院開發(fā)出了制造高性能PAN基碳纖維的技術(shù)流程，使其發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨?，PAN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%左右。20世紀(jì)70年代中期，UCC在美國空軍和海軍的資金支持下，研發(fā)高性能中間相瀝青基碳纖維；1975年研發(fā)成功Thornel P-55(P-55)，在1980～1982年之間，又研發(fā)成功P-75、P-100和P-120，年產(chǎn)量為230t。P-120的模最高達(dá)965GPa，是理論值的94%，熱導(dǎo)率是銅的1.6倍，線膨脹系數(shù)僅為-1.33×10-6/K，且在375℃空氣中加熱1000h僅失重0.3%~1.0%，顯示出優(yōu)異的抗氧化性能。它們已廣泛用于火箭噴管、導(dǎo)彈鼻錐、衛(wèi)星構(gòu)件、艦艇材料等方面。在20世紀(jì)80年代早期，碳纖維開始被廣泛地用在客機(jī)和航空飛行器上作為結(jié)構(gòu)材料，主要在歐洲和北美進(jìn)行應(yīng)用。然后，人們提高了對碳纖維的認(rèn)識，開始把它當(dāng)成一種高質(zhì)量的材料，并在20世紀(jì)80年代中期得到了飛速的增長在80年代中期，歐洲空客公司開始將CFRP(碳纖維增強(qiáng)塑料)作為首要的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在飛機(jī)上，而且，隨著在網(wǎng)球和新的體育項目的應(yīng)用，碳纖維市場得到了穩(wěn)步的擴(kuò)展。

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2.2PAN基碳纖維

PAN基碳纖維的制造分為兩步進(jìn)行，長春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計概論結(jié)業(yè)論文

2.3瀝青基碳纖維

瀝青基碳纖維是僅次于PAN積極的

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硝酸、硫酸、高錳酸和過氧化氫等溶液。氧化溫度一般為200～400℃。在預(yù)氧化過程中，要求纖維氧化均勻，不應(yīng)該形成中心過低、邊緣過高的皮芯結(jié)構(gòu)。3.碳纖維的應(yīng)用

3.1 航空領(lǐng)域應(yīng)用的新進(jìn)展

T300 碳纖維/樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)在飛行器上廣泛作為結(jié)構(gòu)材料使用，目前應(yīng)用較多的為拉伸強(qiáng)度達(dá)到5.5GPa，斷裂應(yīng)變高出T300 碳纖維的30％的高強(qiáng)度中模量碳纖維T800H纖維。軍品

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是生產(chǎn)武器裝備的重要材料。在戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)上，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)機(jī)主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)件和戰(zhàn)機(jī)特殊部位的特種功能部件。國外將碳纖維/環(huán)氧和碳纖維/雙馬復(fù)合材料應(yīng)用在戰(zhàn)機(jī)機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能，數(shù)據(jù)顯示采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的前機(jī)身段，可比金屬結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%；復(fù)合材料垂直安定面可減輕質(zhì)量32.24%。用軍機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的重要指標(biāo)――結(jié)構(gòu)重量系數(shù)來衡量，國外

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方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、后密封隔框、后壓力艙、后機(jī)身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。繼A340對碳纖維龍骨梁和復(fù)合材料后密封框――復(fù)合材料用于飛機(jī)的密封禁區(qū)發(fā)起挑戰(zhàn)后，A380又一次對連接機(jī)翼與機(jī)身主體結(jié)構(gòu)中央翼盒新的禁區(qū)發(fā)起了成功挑戰(zhàn)。僅此一項就比最先進(jìn)的鋁合金材料減輕重量1.5噸。由于CFRP的明顯減重以及在使用中不會因疲勞或腐蝕受損。從而大大減少了油耗和排放，燃油的經(jīng)濟(jì)性比其直接競爭機(jī)型要低13%左右，并降低了運(yùn)營成本，座英里成本比目前效率最高飛機(jī)的低15%--20%，成為

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美國WaterburyFiberCote Industries 公司以有充分來源的非航天級粘膠原絲新原料開發(fā)成功名為RaycarbC2TM 的新型纖維素碳布，并經(jīng)受了美軍方包括加工、熱/結(jié)構(gòu)性質(zhì)及火焰沖刷試驗在內(nèi)的全部資格測試，在固體發(fā)動機(jī)的全部靜態(tài)試驗中都證明該替代品合格，2004 年十一月，該碳布/酚醛復(fù)合材料已用于阿里安娜V Flight164上成功飛行。

圖 4: 法國阿里安娜V 型導(dǎo)彈

衛(wèi)星、航天飛機(jī)及載人飛船

高模量碳纖維質(zhì)輕，剛性，尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，因此很早就應(yīng)用于人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體、太陽能電池板和天線中?，F(xiàn)今的人造衛(wèi)星上的展開式太陽能電池板多采用碳纖維復(fù)合材料制作，而太空站和天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)上的一些關(guān)鍵部件也往往采用碳纖維復(fù)合材料作為主要材料。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料被作航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等。美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)的熱瓦，十分關(guān)鍵，可以保證其能安全地重復(fù)飛行。一共有8 種：低溫重復(fù)使用表面絕熱材料LRSI；高溫重復(fù)使用表面絕熱材料HRSI；柔性重復(fù)使用表面絕熱材料FRSI；高級柔性重復(fù)使用表面絕熱材料AFRI；高溫耐熔纖維復(fù)合材料FRIC―HRSI；增強(qiáng)碳/碳材料RCC；金屬；二氧化硅織物。其中增強(qiáng)碳/碳材料RCC，最為要的，它可以使航天飛機(jī)承受大氣層所經(jīng)受的最高溫度1700℃。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維的產(chǎn)量不斷增大，質(zhì)量逐漸提高，而生產(chǎn)成本穩(wěn)步下降。各種性能優(yōu)異的碳纖維復(fù)合材料將會越來越多地出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域中，為世界航空航天技術(shù)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

4.結(jié)語

長春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計概論結(jié)業(yè)論文

碳纖維的優(yōu)異性能使得其在國防和民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。作為未來最有發(fā)展前景的新型結(jié)構(gòu)材料，可以肯定碳纖維在21世紀(jì)將步入新的飛躍，應(yīng)用領(lǐng)域也將更加廣泛。參考文獻(xiàn)

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