第一篇：碳纖維復合材料的發(fā)展及應用---丁建隊

碳纖維復合材料的發(fā)展及應用

—— 邳州高新區(qū)招商局 丁建隊1.1 碳纖維材料的歷史背景

碳纖維材料的發(fā)現(xiàn)和使用始于1860年斯旺制作碳絲燈泡,成為發(fā)明和使用碳纖維的第一人。之后愛迪生使用竹絲制作碳絲作為燈絲，達到了照明45小時的效果。20世紀90年代中期，美國、日本、英國相繼開始展開對碳纖維材料的研究。1972年，日本用碳纖維材料制造魚竿，美國使用碳纖維材料制造高爾夫球桿，碳纖維材料開始應用于日常生活。1992年,日本東麗公司研制成功高模中強碳纖維。其后，碳纖維材料趨向于高強度高彈性模量的方向發(fā)展。如今，碳纖維材料已經(jīng)廣泛應用于建筑、航空航天以及汽車制造行業(yè)。1.2 碳纖維材料的特性簡介

碳纖維材料是由碳元素構成的一種纖維材料，其在微觀上呈類似人造石墨的亂層石墨結構。

碳纖維材料具有良好的物理化學性質。碳纖維密度小、質量輕，密度為1.5~ 2 g /cm3，它的比重不到鋼的四分之一，但抗拉強度是鋼的七到九倍，其良好的比強度使得其被廣泛應用于航空航天等對重量限制要求苛刻的領域。

其化學性質同樣良好，具有耐腐蝕，耐疲勞，耐高溫和低溫，同時其具有良好的導電性，介于金屬和非金屬之間。除此之外，碳纖維還具有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和使中子減速等特性。[1] 2 碳纖維材料的種類及其發(fā)展

按碳纖維原絲不同主要可以分為:1.PAN基碳纖維；2.黏膠基碳纖維；3.瀝青基碳纖維；4.酚醛基碳纖維。2.1 PAN基碳纖維

聚丙烯腈(PAN)基碳纖維由聚丙烯腈經(jīng)紡絲、預氧、碳化幾個階段形成。PAN基碳纖維具有高強度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕、優(yōu)異的電性能等特點，并具有很強的抗壓抗彎性能，一直在增強復合材料中保持著主導地位。目前，PAN基碳纖維仍是碳纖維市場中的主流。PAN基碳纖維應用的主要領域有：航空航天工業(yè)，地面交通工具，如汽車、賽車、快速列車等，造船工業(yè)、碼頭和海上設施，體育用品與休閑用品，電子產(chǎn)品，基礎設施以及造紙、紡織、醫(yī)療器械、化工、冶金、石油、機械工業(yè)等領域，要求零部件在高強度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕等環(huán)境下工作。2.2 黏膠基碳纖維

黏膠基碳纖維是由主要成分為纖維素的粘膠纖維經(jīng)過脫水、熱解然后碳化而得來的。黏膠基碳纖維的三維石墨結構不發(fā)達，導熱系數(shù)??；石墨層間距大，石墨微晶取向度低，因此是理想的耐燒蝕和隔熱及熱防護材料。同時，黏膠基碳纖維是由天然纖維素木材或棉絨轉化而來，與生物的相容性極好，又可作為良好的環(huán)保和醫(yī)用衛(wèi)生材料。但是，由于生產(chǎn)黏膠基碳纖維的工藝流程較長，工藝條件苛刻，不適宜大批量生產(chǎn)，成本較高；另外，黏膠基碳纖維的整體性能指標比PAN基碳纖維的要差，綜合性能價格比在競爭中處于劣勢，因此從20世紀60年代以來其生產(chǎn)規(guī)模逐漸萎縮，目前產(chǎn)量已不足世界碳纖維產(chǎn)量的l％。2.3瀝青基碳纖維

瀝青基碳纖維是以石油瀝青或煤瀝青為原料，經(jīng)瀝青的精制、紡絲、預氧化、碳化或石墨化而制成。瀝青基碳纖維的生產(chǎn)原料成本低于聚丙烯腈基碳纖維，但由于瀝青基碳纖維的生產(chǎn)工藝復雜，反而使其生產(chǎn)成本大大增加。此外，瀝青基碳纖維抗壓強度比較低，其后加工性能也不如聚丙烯腈基碳纖維，因此其生產(chǎn)規(guī)模和應用領域都受到了一定限制。不過，由于瀝青基碳纖維具有優(yōu)良的傳熱、導電性能和極低的熱膨脹系數(shù)，因此仍在必須要求這些性能的軍工及航天領域發(fā)揮著獨特作用。2.4酚醛基碳纖維

酚醛基碳纖維阻燃性、絕緣性極好；可在松弛條件下碳化，加工工藝簡單，碳化時間短且溫度低，碳化率高，且手感柔軟，但強度和模量較低。酚醛基碳纖維主要用于復寫紙原料，耐腐蝕電線，以及用來制造耐熱、防化防毒、無塵等特種服裝。碳纖維增強型復合材料 [2]碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合,做成結構材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料,其比強度、比模量綜合指標,在現(xiàn)有結構材料中是最高的。在強度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域,在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合,碳纖維復合材料都頗具優(yōu)勢。

CFRP 是目前最先進的復合材料之一,它以輕質高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學性能優(yōu)良等特點廣泛用作結構材料及耐高溫抗燒蝕材料。

CFRP 的力學性能主要取決于基體的力學性質、碳纖維的表面性狀以及纖維與鍵合界面的性質,而基體的性能及纖維的表面性狀直接關系到界面的鍵合和粘接性能。3.1 碳纖維樹脂基復合材料及其應用

碳纖維增強樹脂基復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，使其比強度（強度/ 密度）是高強度鋼、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。

（2）耐疲勞。在靜態(tài)下，CFRP 循環(huán)105 次、承受90%的極限強度應力時才被破壞，而鋼材只能承受極限強度的50%左右。

[3]（3）熱膨脹系數(shù)小。（4）耐磨擦，抗磨損。

（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。CFRP 的耐蝕性主要取決于基體樹脂。

（6）耐水性好。（7）導電性好。（8）射線透過性。

樹脂基碳纖維復合材料由于其優(yōu)異的性能，被廣泛用于航空航天，汽車制造等工業(yè)部門。美國空軍的F系列戰(zhàn)斗機中大量采用了碳纖維材料以減輕機身重量。在汽車方面，寶馬公司采用了碳纖維材料來制造汽車車身。在能源領域，風力發(fā)電的風機葉片既需要足夠的強度，又要有較小的密度，因而樹脂型碳纖維復合材料是良好的選擇。3.2 碳纖維金屬基復合材料及其應用

金屬基復合材料一般都在高溫下成形，因此要求作為增強材料的耐熱性要高。在纖維增強金屬中不能選用耐熱性低的玻璃纖維和有機纖維，而主要使用硼纖維、碳纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維。基體金屬用得較多的是鋁、鎂、鈦及某些合金。碳纖維是金屬基復合材料中應用最廣泛的增強材料碳纖維增強鋁具有耐高溫、耐熱疲勞、耐紫外線和耐潮濕等性能，適合于在航空、航天領域中做飛機的結構材料。

[4]樹脂基復合材料通常只能在350℃以下的不同溫度范圍內使用。近些年來正在迅速開發(fā)研究適用于350℃～1200℃使用的各種金屬基復合材料。碳纖維增強金屬基復合材料是以碳纖維為增強纖維，金屬為基體的復合材料．碳纖維增強金屬基復合材料與金屬材料相比，具有高的比強度和比模量；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，碳纖維增強鋁、鎂復合材料的制備技術比較成熟．制造碳纖維增強金屬基復合材料的主要技術難點是碳纖維的表面涂層，以防止在復合過程中損傷碳纖維，從而使復合材料的整體性能下降．目前，在制備碳纖維增強金屬基復合材料時碳纖維的表面改性主要采用氣相沉積、液鈉法等，但因其過程復雜、成本高，限制了碳纖維增強金屬基復合材料的推廣應用。3.3 碳纖維陶瓷基復合材料及其應用

碳纖維增強陶瓷基復合材料(CMC-Cf)在克服陶瓷材料脆性的同時，發(fā)揮了其比強度高、高溫性能優(yōu)異等優(yōu)點，同時還具有優(yōu)良的力學性能、抗磨損性能和熱傳導性能，成為高溫結構材料的研究熱點。目前，CMC-Cf的基體相主要有炭、碳化硅、微晶玻璃以及多元多層復合材料等。碳纖維作為增強相，實現(xiàn)了復合材料的輕量化，并賦予其優(yōu)異的力學性能。但碳纖維自身的抗氧化能力差，在溫度高于400℃時，一旦與氧化介質接觸，纖維將被氧化，性能迅速下降，進而影響

[5]復合材料整體性能，縮短使用壽命。因此，氧化問題成為限制CMC-Cf。性能提升與應用領域拓展的瓶頸。4 碳纖維材料的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 4.1 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 4.1.1 國內發(fā)展現(xiàn)狀

我國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代，80年代開始研究高強型碳纖維。多年來進展緩慢，但也取得了一定成績,進入21世紀以來發(fā)展較快，安徽華皖碳纖維公司率先引進了500t/ 年原絲、200t/ 年PAN基碳纖維(只有東麗碳纖維T300水平)，使我國碳纖維工業(yè)進入了產(chǎn)業(yè)化。隨后，一些廠家相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。從2000年開始我國碳纖維向技術多元化發(fā)展，放棄了原來的硝酸法原絲制造技術，采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術獲得成功。目前利用自主技術研制的少數(shù)國產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達到國際同類產(chǎn)品水平。

2009年，國內碳纖維產(chǎn)業(yè)多年來發(fā)展落后緩慢的局面得以改變，生產(chǎn)企業(yè)和投資基地都在不斷增多，本行業(yè)的發(fā)展從此進入了一個全新的時期。但是與發(fā)達國家相比，我國目前的碳纖維生產(chǎn)能力（特別是高端產(chǎn)品）與國際水平還存在相當?shù)牟罹啵寒a(chǎn)能只占世界高性能碳纖維總產(chǎn)量的0.4%左右，大量碳纖維產(chǎn)品仍靠進口，真正國產(chǎn)化還需要一個漫長的過程。

[6]中復神鷹自主研發(fā)的年產(chǎn)1000噸碳纖維生產(chǎn)線于2008年10月順利投料生產(chǎn)，2009年產(chǎn)量達到550噸,產(chǎn)銷量位居國內第一位,有效緩解了國內碳纖維的供應緊張局面；威海拓展纖維有限公司也于08年引進了一條年產(chǎn)1000噸碳纖維生產(chǎn)線并順利投產(chǎn)。但與發(fā)達國家相比，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)剛剛起步，在產(chǎn)量和高端產(chǎn)品品種上仍還遠遠不能滿足國防和國民經(jīng)濟建設的需要。4.1.2 國際發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年隨著先進復合材料的發(fā)展，碳纖維需求激增，引爆了近年來世界性的碳纖維危機，這場危機從2005年開始日趨明顯，至2007年達到極點。自碳纖維危機爆發(fā)以來，各大碳纖維生產(chǎn)廠商急劇擴張，擴大產(chǎn)能，緩解了碳纖維緊缺的供應情況。2008年下半年爆發(fā)了世界金融危機，實體經(jīng)濟受影響頗深，碳纖維的需求也有所回落。尤其是2009年經(jīng)濟衰退陷入最低谷時，很多碳纖維制造商也推遲或放慢了自己的發(fā)展計劃。但是進入2010年以來，隨著經(jīng)濟危機的好轉，全球碳纖維市場出現(xiàn)快速回暖的跡象。巨大需求刺激碳纖維市場回暖，因此對碳纖維的需求總體仍處上升趨勢。目前世界碳纖維產(chǎn)量達到4萬t/年以上，隨著碳纖維應用領域的不斷擴大，碳纖維的市場需求日趨增加，碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢。據(jù)相關部門預測，世界碳纖維需求將以每年大約13%的速度飛速增長，碳纖維的全球需

[7]求量2018年將達到10萬t。全世界主要的碳纖維生產(chǎn)廠商是日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司, 美國的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司，以及德國SGL西格里集團、韓國泰光產(chǎn)業(yè)等少數(shù)單位。4.2 未來發(fā)展前景

隨著工業(yè)技術的迅速發(fā)展，在航空航天，車輛交通等領域，物件的強度和可靠性需要更多的提高，而重量也是一個重要的因素，因此碳纖維材料將越來越成為高強度材料領域內的主導。

然而，碳纖維材料的普及使用依然存在一些問題。首要問題是技術壟斷問題，目前全世界范圍內掌握碳纖維材料的制造和研發(fā)僅僅有美國和日本的少數(shù)幾家公司，其他國家在碳纖維材料研究領域進展不明顯。其次是碳纖維材料的適用范圍有限。雖然碳纖維材料具有良好的物理化學性質，其高模量高比強度的性質優(yōu)越，但是并非很多領域都需要用到這樣的優(yōu)良性質，僅僅是在航空航天和交通領域內應用和需求較多。最后一個問題是碳纖維的造價問題，目前碳纖維材料成本高昂，導致使用的范圍縮小，難以普及，急需在生產(chǎn)方式上進行改進，來降低碳纖維材料的造價。另外生產(chǎn)碳纖維材料的高能耗和高排放對自然環(huán)境也造成了一定的影響。

[8]

第二篇：碳纖維的應用和個人感想

在碳纖維應用領域中，風電葉片是個熱點。當前，風能在我國得到廣泛利用，風電葉片需求潛力巨大。要減輕葉片的質量，又要滿足強度與剛度要求，一個有效的辦法就是采用碳纖維增強。中復神鷹萬噸級碳纖維一期工程投產(chǎn)暨中復聯(lián)眾2兆瓦風電葉片、吉林明陽大通風電技術1.5兆瓦系列風電機組等項目近期批量生產(chǎn)。其中，吉林明陽大通產(chǎn)品實現(xiàn)現(xiàn)場安裝，樣機的累計運行參數(shù)超過預期水平，并與吉林大唐、華電電力公司等單位草簽了約50億元的供貨合同。

為了降低風電單位成本，風機功率不斷提高，隨之葉片長度也不斷增加，使碳纖維在風電葉片中的應用成為必然。介紹了碳纖維在風電葉片上應用的優(yōu)勢和不足，以及解決的技術途徑。

碳纖維材料在風力發(fā)電機葉片中的應用

當葉片長度增加時，質量的增加要快于能量的提取。因為質量的增加和風葉長度的立方成正比，而風機產(chǎn)生的電能和風葉長度的平方成正比。同時隨著葉片長度的增加，對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。減輕葉片的質量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強。國外專家認為由于現(xiàn)有材料不能很好滿足大功率風力發(fā)電裝置的需求，玻璃纖維復合材料性能已經(jīng)趨于極限，因此，在發(fā)展更大功率風力發(fā)電裝置和更長轉子葉片時，采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行。他們認為當風力機超過3MW、葉片長度超過40m時，葉片制造時采用碳纖維已成為必要的選擇。事實上，當葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片反而比玻璃纖維葉片便宜，因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。

目前國外把碳纖維用于葉片制造的廠家主 要有：

（1）丹麥LM Glassfiber“未來”葉片家族中61.5 m長、5 MW風機的葉片在梁和根部都選用了碳纖維。

（2）德國葉片制造商Nordex Rotor新制造的56 m長，5 MW風機葉片的整個梁結構也采用了碳纖維，他們認為葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片的制作成本并不比玻璃纖維的高。

（3）Vestas Wind System 在他們制造的44 m長、V-90 3.0 MW風電機中的葉片的梁采用了碳纖維。2004 年12 月Zoltek Companies Inc.宣布與Vestaswind Systems AS公司訂立長期戰(zhàn)略合同，在前3 a提供價值8千萬到1億美元的碳纖維用于制造風機葉片；Zoltek Companies Inc在股東大會上宣布對NEGMicon的碳纖維合同將比每年150 t增加1倍。同時每

年分別向Vestas和Gamesa各提供1 000 t，所用牌號為Panex33 48K。

（4）西班牙Gamesa在他們旋轉直徑為87 m(G87)和90 m(G90)2 MW的風機的葉片中采用了碳纖維／環(huán)氧樹脂預浸料。

（5）NEG Micon在40 m的葉片中采用了碳纖維增強環(huán)氧樹脂。

（6）德國Enercon GmbH在他們的大型葉片的制造中也使用了碳纖維。（7）華盛頓的Kirkland公司和TPI Composites公司合作，發(fā)展碳纖維風機葉片，以求得最大的能量獲得，同時減輕風機的負載。方案通過對30~35 m長葉片的設計，制造和測試證明先進的碳纖維混編設計葉片的商業(yè)化的可行性。

碳纖維在風機葉片中應用的優(yōu)勢

碳纖維的應用優(yōu)勢：

(1)提高葉片剛度，減輕葉片重量

碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%，強度大40%，尤其是模量高3至8倍。大型葉片采用碳纖維增強可充分發(fā)揮其高彈輕質的優(yōu)點。荷蘭戴爾弗理工大學研究表明，一個旋轉直徑為120米的風機的葉片，由于梁的質量超過葉片總質量的一半，梁結構采用碳纖維，和采用全玻纖的相比，重量可減輕40%左右;碳纖維復合材料葉片剛度是玻璃纖維復合材料葉片的兩倍。據(jù)分析，采用碳/?；祀s增強方案，葉片可減重20%～30%。Vesta Wind System公司的V90 3 Mw發(fā)電機的葉片長44m，采用碳纖維代替玻璃纖維的構件，葉片質量與該公司V80 2 MW發(fā)電機且為39米長的葉片質量相同。同樣是34m長的葉片，采用玻璃纖維增強聚脂樹脂時質量5800kg，采用玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂時質量5200kg，而采用碳纖維增強環(huán)氧樹脂時質量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纖維所制得的風機葉片質量比玻璃纖維的輕約32%，而且成本下降約16%。

(2)提高葉片抗疲勞性能

風機總是處在條件惡劣的環(huán)境中，并且24小時的處于工作狀態(tài)。這就使材料易于受到損害。相關研究表明，碳纖維合成材料具有出眾的抗疲勞特性，當與樹脂材料混合時，則成為了風力機適應惡劣氣候條件的最佳材料之一。

(3)使風機的輸出功率更平滑更均衡，提高風能利用效率 使用碳纖維后，葉片重量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能，減少對塔和輪軸的負載，從而使風機的輸出功率更平滑和更均衡，提高能量效率。同時，碳纖維葉片更薄，外形設計更有效，葉片更細長，也提高了能量的輸出效率。

(4)可制造低風速葉片

碳纖維的應用可以減少負載和增加葉片長度，從而制造適合于低風速地區(qū)的大直徑風葉，使風能成本下降。

(5)可制造自適應葉片

葉片裝在發(fā)電機的輪輪上，葉片的角度可調。目前主動型調節(jié)風機(active utility-size wind turhines)的設計風速為13 to15m/sec(29 to 33mph)，當風速超過時，則調節(jié)風葉斜度來分散超過的風力，防止對風機的損害。斜度控制系統(tǒng)對逐步改變的風速是有效的。但對狂風的反應太慢了，自適應的各向異性葉片可幫助斜度控用系統(tǒng)(thepitch control system)，在突然的、瞬間的和局部的風速改變時保持電流的穩(wěn)定。自適應葉片充分利用了纖維增強材料的特性，能產(chǎn)生非對稱性和各向異性的材料，采用彎曲/扭曲葉片設計，使葉片在強風中旋轉時可減少瞬時負載。美國Sandia National Laboratories致力于自適應葉片(“adzptive”blade)研究，使1.5W風能從每KWh 5美分降到4.9分，價格可和燃料發(fā)電相比。

(6)利用導電性能避免雷擊利用碳纖維的導電性能，通過特殊的結構設計，可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷。

(7)降低風力機葉片的制造和運輸成本

由于減少了材料的應用，所以纖維和樹脂的應用都減少了，葉片變得輕巧，制造和運輸成本都會下降?？煽s小工廠的規(guī)模和運輸設備。

(8)具有振動阻尼特性。碳纖維的振動阻尼特性可避免葉片自然頻率與塔暫短頻率間發(fā)生任何共振的可能性。

感想

在這次關于碳纖維的課題中，我們每人都負責一塊內容，從碳纖維的歷史背景到合成工藝，又從發(fā)展應用到熱點的討論和發(fā)展前景。每個人通過在網(wǎng)上查閱資料，最后資料整合，做成ppt，這個過程，我們付出了努力，從中也頗有收獲。這是一個自我探究與發(fā)現(xiàn)的過程，對于未知領域的認識與探討，鍛煉了我們的學習能力，探究能力和合作能力。在這次課題里，我負責的是關于碳纖維的熱點，其實碳纖維的應用已經(jīng)很廣泛了，我在查閱了很多資料后，發(fā)現(xiàn)碳纖維可以用于航空航天、交通、體育與休閑用品、醫(yī)療、機械、紡織等很多的領域，然而，最有價值的我認為是應用于風力發(fā)電，將碳纖維的工藝用于制造風車葉片，是具有重大意義的，它對于人類能源的利用，人類未來的發(fā)展都影響很大，目前對于這一方面的知識也是很尖端的。

我整理的關于目前碳纖維的熱點，能源一直是人類發(fā)展的重要前提，目前世界能源緊缺，對于能源的充分利用具有重大的意義。在中國幅員遼闊，海岸線長，風力資源十分豐富，所以風力發(fā)電對于能源的利用是十分重要的，風車一直以來都在改進，以獲得更大的效率，風車葉片利用碳纖維加工，是很有遠見性的，將碳纖維運用于風力發(fā)電，有很大的優(yōu)勢，(1)提高葉片剛度，減輕葉片質量(2)提高葉片抗疲勞性能（3）使風機的輸出功率更平滑更均衡,提高風能利用效率（4）可制造低風速葉片（5）可制造自適應葉片（6）利用導電性能避免雷擊（7）降低風力機葉片的制造和運輸成本（8）碳纖維的風車葉片成為目前的熱點。

具有振動阻尼特性。在這些優(yōu)勢下，

第三篇：碳纖維在航空航天中的應用

碳纖維在航空航天中的應用

郭 偉 中國地質大學 地球科學學院

摘要: 碳纖維就是纖維狀的碳，由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。本文將針對碳纖維的結構、性能、制備方法及其在航空航天中的應用介紹。

引言

20世紀納米科技取得了重大發(fā)展，而納米材料是納米技術的基礎，碳纖維是一種比強度比鋼大，比重比鋁輕的材料，它在力學，電學，熱學等方面有許多特殊性能，碳纖維的強度比玻璃鋼的強度高；同時它還具有優(yōu)異的導電、抗磁化、耐高溫和耐化學侵蝕的性能，被認為是綜合性能最好的先進材料，因此它在各個領域中的應用推廣非常迅速。在近代工業(yè)中，特別是在航空航天中起著十分重要的作用。

1.碳纖維的概念

碳纖維就是纖維狀的碳，由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學者在1981年將PAN基CF浸泡在強堿NaOH溶液中，時間已過去30多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。2.碳纖維的結構

碳纖維的結構決定于原絲結構和炭化工藝。對有機纖維進行預氧化、炭化等工藝處理，除去有機纖維中碳以外的元素，形成聚合多環(huán)芳香族平面結構。在碳纖維形成過程中，隨著原絲的不同，質量損失可達10~80％，形成了各種微小的缺陷。但無論用哪種材料，高模量的碳纖維中的碳分子平面總是沿纖維軸平行的取向。用x一射線、電子衍射和電子顯微鏡研究發(fā)現(xiàn)，真實的碳纖維結構并不是理想的石墨點陣結構。碳纖維呈現(xiàn)亂層石墨結構。在亂層石墨結構中，石墨層片仍是最基本結構單元，一般由數(shù)張到數(shù)十張層片組成石墨微晶，這是碳纖維的二級結構單元。層片之間的距離叫面間距d，由石墨微晶再組成原纖維，其直徑為50nm左右，長度為數(shù)百nm，這是纖維的三級結構單元。最后由原纖維組成碳纖維的單絲，直徑一般為6—8μm。原纖維并不筆直，而是呈彎曲、裙皺、彼此交叉的許多條帶組成的結構。在這些條帶的結構中，存在著針形孔隙，其寬度為1.6—1.8nm，長度可達幾十nm。在碳纖維結構中的石墨微晶與纖維軸構成一定的夾角，稱為取向角，這個角的大小影響纖維模量的高低。如聚丙烯脯基碳纖維的d為0.337nm，取向角為8°。碳纖維結構是高倍拉伸的、沿軸向擇優(yōu)取向的原纖維和空穴構成的高度有序織態(tài)結構。影響碳纖維強度的重要因素是纖維中的缺陷。碳纖維中的缺陷主要來自兩方面，一方面是原絲帶來的缺陷，另一方面是炭化過程中產(chǎn)生的缺陷。原絲帶來的缺陷在炭化過程中可能消失小部分，而大部分將保留下來，變成碳纖維的缺陷。同時，在炭化過程中，由于大量的元素以及各種氣體的形成逸出，使纖維表面和內部形成空穴和缺陷。3.碳纖維的性能 3.1 碳纖維的力學性能

碳纖維具有很高的抗拉強度，其抗拉強度是鋼材的2倍、鋁的6倍。碳纖維模量是鋼材的7倍、鋁的8倍。

3.2 碳纖維的物理性能

碳纖維的密度在1.5—2.0g／cm3之間，這除與原絲結構有關外，主要決定于炭化處理的溫度。一般經(jīng)過高溫(3000℃)石墨化處理，密度可達2.og／cm3，碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其他纖維不同，它有各向異性的特點。平行于纖維方向是負值(-0.72×10-6~0.90×10-6)，而垂直于纖維方向是正值(32×10-6~22×10-6)。碳纖維的比熱容一般為7.12×10-1 KJ／(kg·K)。熱導率隨溫度升高而下降。碳纖維的比電阻與纖維的類型有關，在25℃時，高模量纖維為775μΩ／cm，高強度碳纖維為1500 μΩ／cm。碳纖維的電動勢是正值，而鋁合金的電動勢為負值。因此當碳纖維復合材料與鋁合金組合應用時會發(fā)生化學腐蝕。3.3碳纖維的化學性能

碳纖維的化學性能與碳很相似，它除能被強氧化劑氧化外，對一般堿性是惰性的。在空氣中，溫度高于400℃時則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO和CO2。在不接觸空氣或氧化劑時，碳纖維具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高于1500℃時強度才開始下降，而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化，它還有耐油、抗放射、抗輻射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。4.碳纖維的制備

碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得：按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維：按力學性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大于4000MPa的又稱為超高強型：模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強高伸型碳纖維，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。目前應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預氧化）、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環(huán)化、預氧化、氧化及脫氧等。

第一、原絲制備，聚丙烯腈和粘膠原絲主要采用濕法紡絲制得，瀝青和酚醛原絲則采用熔體紡絲制得。制備高性能聚丙烯腈基碳纖維需采用高純度、高強度和質量均勻的聚丙烯腈原絲，制備原絲用的共聚單體為衣康酸等。制備各向異性的高性能瀝青基碳纖維需先將瀝青預處理成中間相、預中間相（苯可溶各向異性瀝青）和潛在中間相（喹啉可溶各向異性瀝青）等。作為燒蝕材料用的粘膠基碳纖維，其原絲要求不含堿金屬離子。

第二、預氧化(聚丙烯腈纖維200～300℃)、不熔化（瀝青200～400℃）或熱處理(粘膠纖維240℃),以得到耐熱和不熔的纖維,酚醛基碳纖維無此工序。

第三、碳化,其溫度為：聚丙烯腈纖維1000～1500℃,瀝青1500～1700℃,粘膠纖維400～2000℃。第四、石墨化,聚丙烯腈纖維為2500～3000℃,瀝青2500～2800℃,粘膠纖維3000～3200℃。第五、表面處理，進行氣相或液相氧化等，賦予纖維化學活性，以增大對樹脂的親和性。

第六、上漿處理,防止纖維損傷,提高與樹脂母體的親和性。所得纖維具有各種不同的斷面結構。要想得到質量好碳纖維，需要注意一下技術要點：

（1）實現(xiàn)原絲高純化、高強化、致密化以及表面光潔無暇是制備高性能碳纖維的首要任務。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始，實現(xiàn)一條龍生產(chǎn)。原絲質量既決定了碳纖維的性質，又制約其生產(chǎn)成本。優(yōu)質PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件。

（2）雜質缺陷最少化，這是提高碳纖維拉伸強度的根本措施，也是科技工作者研究的熱門課題。在某種意義上說，提高強度的過程實質上就是減少、減小缺陷的過程。

（3）在預氧化過程中，保證均質化的前提下，盡可能縮短預氧化時間。這是降低生產(chǎn)成本的方向性課題。

（4）研究高溫技術和高溫設備以及相關的重要構件。高溫炭化溫度一般在1300～1800℃，石墨化一般在2500～3000℃。在如此高的溫度下操作，既要連續(xù)運行、又要提高設備的使用壽命，所以研究新一代高溫技術和高溫設備就顯得格外重要。如在惰性氣體保護、無氧狀態(tài)下進行的微波、等離子和感應加熱等技術。5.碳纖維在航空航天中的應用

5.1在飛機機身上的應用

近10 年來,國內飛機上也較多的使用了碳纖維及其復合材料。例如由國內幾家科研單位合作開發(fā)研制的某殲擊機復合材料垂尾壁板,比原鋁合金結構輕21 kg ,減質量30 %。北京航空制造工程研究所研制并生產(chǎn)的Q Y8911/ HT3雙馬來酰亞胺單向碳纖維預浸料及其復合材料已用于飛機前機身段、垂直尾翼安定面、機翼外翼、阻力板、整流壁板等構件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/ AS4C 熱塑性樹脂單向碳纖維預浸料及其復合材料,具有優(yōu)異的抗斷裂韌性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲勞性能,適合制造飛機主承力構件,可在120 ℃下長期工作,已用于飛機起落架艙護板前蒙皮。在316 ℃這一極限溫度下的環(huán)境中,復合材料不僅性能優(yōu)于金屬,而且經(jīng)濟效益高。隨著基體樹脂和碳纖維性能的不斷提高,碳纖維增強樹脂基復合材料的耐濕熱性及斷裂延伸率得到顯著改善和提高。在飛機上的應用已由次承力結構材料發(fā)展到主承力結構材料。5.2 在航空發(fā)動機上的應用

樹脂基復合材料由于具有密度小、比強度高和耐高溫等固有特性,復合材料在航空渦輪發(fā)動機上應用的范圍越來越廣且比例越來越大,使航空渦輪發(fā)動機向“非金屬發(fā)動機”或“全復合材料發(fā)動機”方向發(fā)展。憑借比強度高,比模量高,耐疲勞與耐腐蝕性好的優(yōu)點,J TA GG 驗證機的進氣機匣采用碳纖維增強的PMR15 樹脂基復合材料,比采用鋁合金質量減輕26 %。

碳化硅纖維增強的鈦基復合材料，憑借密度小(有的僅為鎳基合金的1/ 2),比剛度和比強度高,耐溫性好等優(yōu)點,碳化硅纖維增強的鈦基復合材料在壓氣機葉片、整體葉環(huán)、盤、軸、機匣、傳動桿等部件上已經(jīng)得到了廣泛應用。

目前主要的陶瓷基復合材料產(chǎn)品是以SiC 或C纖維增強的SiC 和SiN 基復合材料。憑借密度較小(僅為高溫合金的1/ 3～1/ 4),力學性能較高,耐磨性及耐腐蝕性好等優(yōu)點,陶瓷基復合材料,尤其是纖維增強陶瓷基復合材料,已經(jīng)開始應用于發(fā)動機高溫靜止部件(如噴嘴、火焰穩(wěn)定器),并正在嘗試應用于燃燒室火焰筒、渦輪轉子葉片、渦輪導流葉片等部件上。5.3 在火箭發(fā)動機上的應用

由于火箭發(fā)動機噴管壁受到高速氣流的沖刷,工作條件十分惡劣, 因此C/ C 最早用作其噴管喉襯, 并由二維、三向發(fā)展到四向及更多向編織。同時火箭發(fā)動機設計者多年來一直企圖將具有高抗熱震的Ct / SiC 用于發(fā)動機噴管的擴散段, 但Ct 的體積分數(shù)高, 易氧化而限制了其廣泛應用, 隨著CVD、CVI 技術的發(fā)展, 新的抗氧化Ct / SiC 及C-C/ SiC 必將找到其用武之地。Melchior 等認為碳纖維CMC、陶瓷纖維CMC 以及C/ C 復合材料,特別是以SiC 為纖維或基體的CMC 抗氧化, 耐熱循環(huán)和燒蝕, 是液體火箭發(fā)動機燃燒室和噴管的理想材料, 并進行了總數(shù)為31 個的長達20 000 s 的燃燒室和噴管點火試驗, 內壁溫度高達1732 ℃, 一個600 kg 發(fā)動機成功地點火七次, 溫度為1449℃。目前為解決固體火箭發(fā)動機結構承載問題, 美國和法國正在進行陶瓷纖維混合碳纖維而編織的多向(6 向)基質、以熱穩(wěn)定氧化物為基體填充的陶瓷復合材料。SiC 陶瓷制成的喉襯、內襯已進行多次點火試驗。今天作為火箭錐體候選材料的有A12O3、ZrO2、ThO2 等陶瓷, 而作為火箭尾噴管和燃燒室則采用高溫結構材料有SiC、石墨、高溫陶瓷涂層等。碳纖維仍將是今后固體火箭發(fā)動機殼體和噴管的主要材料。5.4在衛(wèi)星和宇航器上的應用

由于碳纖維的密度、耐熱性、剛性等方面的優(yōu)勢, 增強纖維以碳纖維為主。碳纖維復合材料在空間技術上的應用, 國內也有成功范例, 如我國的第一顆實用通信衛(wèi)星應用了碳纖維/環(huán)氧復合材料拋物面大線系統(tǒng);第一顆太陽同步軌道“ 風云一號” 氣象衛(wèi)星采用了多折迭式碳纖維復合材料剛性太陽電池陣結構等。衛(wèi)星結構的輕型化對衛(wèi)星功能及運載火箭的要求至關重要,所以對衛(wèi)星結構的質量要求很嚴。國際通訊衛(wèi)星VA 中心推力筒用碳纖維復合材料取代鋁后減質量23 kg(約占30 %),可使有效載荷艙增加450條電話線路,僅此一項盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費用。

參考文獻

[1]高永忠.纖維增強樹脂復合材料在武器裝備上的應用[J].應用導航, 2006 ,01 :24.[2]李愛蘭,曾燮榕,曹臘梅等航空發(fā)動機高溫材料的研究現(xiàn)狀[J].材料導報,2003 ,17(2):26.[3]《航空航天先進復合材料現(xiàn)狀》論文 吳良義

[4]《復合材料在航空航天中的應用》論文 蘇云洪,劉秀娟,楊永志 [5]部分內容來源于維基百科及百度百科等網(wǎng)站

第四篇：碳纖維復合材料的應用及其在電線電纜中的發(fā)展建議

碳纖維復合材料的應用及其在電線電纜中的發(fā)展建議

一、碳纖維復合材料的發(fā)展和戰(zhàn)略地位

碳纖維的出現(xiàn)是材料史上的一次革命。碳纖維是目前世界首選的高性能材料，具有高強度、高模量、耐高溫、抗疲勞、導電、質輕、易加工等多種優(yōu)異性能，正逐步征服和取代傳統(tǒng)材料?，F(xiàn)已廣泛應用于航天、航空和軍事領域。世界各國均把發(fā)展高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)放在極其重要的位置。碳纖維除了在軍事領域上的重要應用外，在民品的發(fā)展上有著更加廣闊的空間，并已經(jīng)開始深入到國計民生的各個領域。在機械電子、建筑材料、文體、化工、醫(yī)療等各個領域碳纖維有著無可比擬的應用優(yōu)勢。

碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產(chǎn)生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進入一個高級階段。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，碳纖維及其復合材料已從初創(chuàng)期轉入增長發(fā)展期，其工業(yè)地位已基本確立，美、日、英、法、德等國的碳纖維產(chǎn)量已經(jīng)占世界產(chǎn)量的絕大部分，并已逐步形成壟斷優(yōu)勢。

我國對碳纖維的研究由于起步較晚，技術力量薄弱，雖然碳纖維及其復合材料在我國已被納入國家“863”和“973”計劃，但總體情況不盡理想，我國仍不具備成熟的碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術，國防和民用碳纖維產(chǎn)品基本依賴進口。

二、碳纖維復合材料的性能和用途

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，是由含碳量較高、在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，且碳纖維比重小。

1、碳纖維的化學性能

碳纖維是一種纖維狀的碳素材料。我們知道碳素材料是化學性能穩(wěn)定性極好的物質之一。這是歷史上最早就被人類認識的碳素材料的特征之一。除強氧化性酸等特殊物質外，在常溫常壓附近，幾乎為化學惰性?？梢哉J為在普通的工作溫度≤250℃環(huán)境下使用，很難觀察到碳纖維發(fā)生化學變化。根據(jù)有關資料介紹，從碳素材料的化學性質分析，在≤250℃環(huán)境下，碳素材料既沒有明顯的氧化發(fā)生，也沒有生成碳化物和層間化合物生成。由于碳素材料具有氣孔結構，因此氣孔率高達25％左右，在加熱過程易產(chǎn)生吸附氣體脫氣情況，這樣的過程更有利于我們穩(wěn)定電氣性能和在電熱領域的應用。

2、碳纖維的物理性能（a）熱學性質

碳素材料因石墨晶體的高度各向異性，而不同于一般固體物質與溫度的依存性，從工業(yè)的應用角度來看，碳素材料比熱大體上是恒定的。幾乎不隨石墨化度和碳素材料的種類而變化。（b）導熱性質

碳素材料熱傳導機理并不依賴于電子，而是依靠晶格振動導熱，因此，不符合金屬所遵循的維德曼—夫蘭茲定律。根據(jù)有關資料介紹，普通的碳素材料導熱系數(shù)極高，平行于晶粒方向的導熱系數(shù)可與黃銅媲美。（c）電學性質 碳素材料電學性質主要與石墨晶體的電子行為和不同的處理溫度有關，石墨的電子能帶結構和載流子的種類及其擴散機理決定了上述性質。碳素材料這類電學性質具有本征半導體所具備的特征，電阻率變化主要與載流子的數(shù)量變化有關。

3、碳纖維的主要用途

與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，做成結構材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結構材料中是最高的。在剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優(yōu)勢。

由碳纖維和環(huán)氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。

最神奇的應用是采用長碳纖維制成的“納米繩”可以將“太空電梯”由理想變?yōu)楝F(xiàn)實，太空電梯將可以將乘客和各種貨物運送到空間軌道站上，也可以用這種“納米繩”將太空中發(fā)射平臺與地面固定在一起，在這樣的發(fā)射平臺上發(fā)射人造衛(wèi)星和太空探測器就可以大大降低發(fā)射成本。

總結碳纖維復合材料的現(xiàn)實應用有以下幾個方面：

（1）宇航工業(yè) 用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構架、天線、太陽能翼片底板、衛(wèi)星-火箭結合部件；航天飛機機頭，機翼前緣和艙門等制件；哈勃太空望遠鏡的測量構架，太陽能電池板和無線電天線。

（2）航空工業(yè) 用作主承力結構材料，如主翼、尾翼和機體；次承力構件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動機艙、整流罩及座板等，此外還有C/C剎車片。

（3）交通運輸 用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達罩、深海油田的升降器和管道。

（4）運動器材 用作網(wǎng)球、羽毛球、和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車、賽艇、釣桿、滑雪板、雪車等。

（5）土木建筑 幕墻、嵌板、間隔壁板、橋梁、架設跨度大的管線、海水和水輪結構的增強筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發(fā)熱嵌板、抗震救災用補強材料。

（6）其它工業(yè) 化工用的防腐泵、閥、槽、罐；催化劑，吸附劑和密封制品等。生體和醫(yī)療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、X光機的床板和膠卷盒。編織機用的劍竿頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲能及防靜電等材料也已獲得廣泛應用。

三、碳纖維復合材料在電線電纜中的應用

碳纖維以其固有的特性賦予了其復合材料優(yōu)異的性能，它具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，從而為其在電線電纜行業(yè)中的應用提供了可能和必然。

（一）碳纖維加熱電纜的開發(fā)和應用

人們早就知道，以金屬材料為發(fā)熱體的電加熱技術已在各個領域得到了廣泛的應用。但是金屬絲在高溫狀態(tài)下表面易氧化，由于氧化層不斷的增厚，造成了有效通過電流的面積減小，增大了電流的負荷，因此易燒斷。在相同的允許的電流負荷面積下，金屬絲的強度比碳纖維低6－10倍，在使用過程中易折斷。

碳纖維是一種石墨的六方晶格層狀結構組成，是一種全黑體材料，因此在電熱應用中，表現(xiàn)出來的電熱轉換效率高。在特定的條件下，高溫不氧化，單位面積的電流的負荷強度和機械強度不發(fā)生改變。

目前碳纖維加熱電纜的應用如下：

低溫輻射發(fā)熱電纜地板采暖系統(tǒng)。

恒溫育雛箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保溫采暖。

道路化雪、機場跑道化雪：用于混凝土結構中樓面加熱的理想產(chǎn)品，也可以用在融雪裝置中，對屋面雨水和排水管進行防霜，還可以用于土壤加熱。

管道、罐體保溫防凍：電伴熱產(chǎn)品近幾年在中國得到了大力的推廣和廣泛的應用。其應用領域主要集中在石油、化工、電力、鐵路和民用或商業(yè)建筑等。隨著中國電力工業(yè)的發(fā)展，以清潔、無二次污染的電能為主要能源的電伴熱產(chǎn)品市場前景非常廣闊，同時，也為電伴熱產(chǎn)品的性能提出了更高的要求。

足球場草坪、公共綠地土壤保溫：太陽能熱水器電能補充加熱器，主要用于在長期陰雨天或寒冬季節(jié)，因光照不足而導致太陽能熱水器水溫不能滿足生活、工程需要時，為補充熱能而設計的。它具有較強的耐酷暑、嚴寒和高溫潮濕環(huán)境的性能，并具有防干燒的功能。即使偶爾水箱缺水誤通電，也不至于燒壞電加熱器和水箱，故能確保安全使用。

（二）碳纖維復合芯導線的開發(fā)和應用

我國是個缺電的國家，不僅發(fā)電業(yè)的發(fā)展滯后，輸電業(yè)的弊端也凸現(xiàn)出來，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求，由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發(fā)生，電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，各國均在研究新型架空輸電路用導線，以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，碳纖維復合芯導線由此應運而生。與鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復合芯導線具有以下優(yōu)點：

１、和同樣直徑的ACSR電纜相比，可以提供雙倍的載流容量。２、有效解決電纜下垂問題。

３、可以在更高的溫度下工作，最高可達200攝氏度。４、線芯可以抗腐蝕，而且沒有雙金屬間腐蝕問題。

５、因為可以提供更高的載流容量，所以同時也有效的降低了工程成本。６、與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納28%的導體。

７、高強度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量，或降低電纜架的高度。８、有效減少電纜下垂，使地面生物更加安全。

除了上述提及的優(yōu)點外，還可減少傳輸中電力的損耗，減少20%的塔桿，節(jié)省用地，減少有色金屬資源消耗，有助于構造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡。

目前世界上只有美國和日本開發(fā)出這種新型導線，他們還達成默契：不向第三國輸出，日本一家碳纖維導線企業(yè)的產(chǎn)量就占到世界40%左右。

目前我國電線電纜研究所、電力建筑研究院以及國家電網(wǎng)有限公司都已經(jīng)開始了對ACCC導線的試驗研究工作。國內電纜廠家也加大與外方合作，將這種新型電纜引進到中國生產(chǎn)，積極推動我國架空輸電線路的技術革命。最近福建電網(wǎng)已經(jīng)將該新型導線架設運行。

（三）在高低溫、腐蝕等苛刻環(huán)境應用的可能

碳纖維細如蛛絲，三型碳纖維比強度是鋼的62倍以上，成形工藝性好，是一代新型工程材料，其彈性量高，抗變性能力比鋼大2倍多，抗拉強度30～40t/cm2pa,而比重還不到鋼的四分之一，是鋁合金的二分之一，高彈模量比鋼鐵大16倍，比鋁合金大12倍。且碳纖維比鋼等柔軟。因此，碳纖維可用于要求能承重、不易損傷內部元件的電纜的加強芯，如海底光纜等。碳纖維可以耐－180℃的低溫，在此條件下，許多材料都變的很脆，連堅固的鋼鐵也變的比玻璃還容易碎，而碳纖維在此條件下依舊很柔軟。因此，碳纖維復合芯可用于極寒（如南極考察研究等）條件下輸電載體的設計和制造。

碳纖維又可以耐3000℃～3500℃的高溫，在此高溫下最好的耐熱鋼也變成鋼水，但在沒有氧氣的情況下，碳纖維沒有變化。碳纖維即使從3000℃的高溫快速冷卻到室溫也不會炸裂，因而可在急冷急熱的環(huán)境中工作。這為鋼鐵、冶金、鍋爐等行業(yè)中高溫特高溫場合電纜的設計提供了可能。此外，碳纖維紗、碳纖維繩、碳纖維布都可用于消防電纜產(chǎn)品的設計選用。

碳纖維有超強的耐腐蝕性。金屬中耐腐蝕性最強的是黃金和鉑，在一份硝酸（濃度70％）和三份硫酸（濃度39％）配成的稱“王水”的溶液中黃金、鉑會被腐蝕的千瘡百孔，而“王水”中的碳纖維卻安然無恙。為各種化學環(huán)境下輕型耐化學腐蝕電纜的設計提供了新的思路。

四、發(fā)展建議

碳纖維材料的產(chǎn)業(yè)化是實現(xiàn)碳纖維導線在國內輸電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化的前提和保證。碳纖維材料價格則是制約產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵。

我國從八十年代初期開始起步，加大了對碳纖維材料的研究和開發(fā)力度，并也著力于碳纖維材料產(chǎn)業(yè)化基地的建設，但由于國外設備、技術封鎖，至今未見重大突破，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定性，預計今后每年至少一萬噸的缺口。

２０００年前碳纖維材料的價格水平為５萬美圓／噸左右，比鋁的價格要高２０倍多。但是近兩年，由于國際政治形勢和軍事格局的變化，碳纖維材料價格受其影響，大幅度上升。這無疑都將對我國現(xiàn)代化的建設成本形成巨大的壓力和負擔。最近，我國福建電網(wǎng)從美國復合材料工程公司（CTC）購置了60公里ACCC導線（鋁導體復合芯架空導線）應用在福建省廈門和福州電網(wǎng)中，其價格水平為１５萬元人民幣／公里。這比我們一直使用的鋼芯鋁絞線的價格要高幾倍。

各科研院所應進一步加大碳纖維材料的基礎應用研究和開發(fā)，建立我國自主知識產(chǎn)權，實現(xiàn)碳纖維材料的質量穩(wěn)定，降低成本。同時要采用國家投入和民間投入相結合的方式，加大碳纖維在航天和軍工以外的民品應用，有助于碳纖維產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

最近，我國國內碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨重大機遇。遼寧圣華科技有限公司落戶撫順經(jīng)濟開發(fā)區(qū)后，可以把現(xiàn)有撫順部分企業(yè)培育成碳纖維及復合材料的龍頭企業(yè)，發(fā)揮其帶動和輻射功能，把撫順建設成為全國碳纖維研發(fā)基地和產(chǎn)業(yè)基地。

目前我國電線電纜研究所、電力建筑研究院以及國家電網(wǎng)有限公司都已經(jīng)開始了對ACCC導線的試驗研究工作。希望國內同行積極研究和開發(fā)，為加快碳纖維復合材料在我國線纜行業(yè)應用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展共同努力。

第五篇：建隊廣播稿

一、開場語：

隊員男：這是一個洋溢著鮮花、掌聲的日子；

隊員女：這是一個充滿著歡樂、笑臉的日子。

隊員男：這個日子記錄著很多人童年的最好回憶。

隊員女：這個日子牽掛著更多人入學的最深心愿。

隊員男：親愛的老師、同學們，你們好！雛鷹廣播又和大家見面了。

隊員女：今天廣播的主題是《我們的節(jié)日－喜迎建隊六十二周年》。

隊員男：神舟十號，天宮一號，浩瀚的宇宙記錄中國崛起的十月；

隊員女：空間交會，北斗導航，未來的天地擋不住我們奮發(fā)的腳步。

隊員男：當慶祝天宮一號順利發(fā)射的喜悅之情 還在我們的心間洋溢，隊員女：喜迎少先隊建隊六十二周年的興奮 又躍上了我們的心頭。

二、知隊史

隊員男：今天是10月13日，是少先隊第六十二個建隊日。那葛萍，你對少先隊的基本情況了解嗎？

隊員女：了解，你可以任意提問；

隊員男：少先隊全稱是中國少年先鋒隊，你知道為什么以“先鋒”命名嗎？

隊員女：“先鋒”，是開辟道路的人，是為人民的利益走在前面的人。少先隊以“先鋒”的稱號命名，不是要求少先隊員起先鋒模范作用，而是要求少先隊員從小學習先鋒模范的偉大榜樣，準備長大繼承他們的事業(yè)，成為建設祖國的先鋒模范。

隊員男：紅領巾是什么？

隊員女：紅領巾是每個少先隊員的標志，它代表紅旗的一角，是革命先烈的鮮血染成的。用紅領巾作為少先隊員的標志，就是要讓少先隊員繼承革命事業(yè)，為建設祖國，實現(xiàn)共產(chǎn)主義而奮斗。每個隊員都應該佩戴它和愛護它，為它增添新的榮譽。

隊員男：是啊，我們要愛護它，為它增添新的榮譽。我們少先隊的作風是什么？

隊員女：8個字?。赫\實、勇敢、活潑、團結；

少先隊員要做誠實的人，做事要忠誠老實，絕不能欺騙老師、同學和家長；有了缺點錯誤，不要掩飾隱瞞，要從小養(yǎng)成實事求是的作風；要對祖國、對人民忠誠老實。

隊員男：少先隊員要做勇敢的人，對待學習、工作和生活中碰到的困難，要努力戰(zhàn)勝它；要勇于批評和自我批評，對待自己身上存在的缺點和錯誤要下決心去克服和改正。

隊員女：少先隊員要做活潑的人，在學習、工作和生活中，遇事愛問個為什么，尋根究底，勇于探索；不唯唯諾諾，也不馬馬虎虎。要性格開朗，朝氣蓬勃，對學習、工作、生活充滿信心和力量。

隊員男：少先隊員還要做團結的人，要尊敬長輩，愛護弟妹，對同學互助友愛。誰落后，熱心幫助；誰先進，虛心學習。在少先隊組織里，要有友愛的民主生活，經(jīng)常開展表揚批評，促進團結，共同進步。

隊員女：希望同學們在新世紀祖國建設的功勞簿上 留下你的名字，努力拼搏吧！

三：賀詞

隊員男：在此請允許我們?yōu)榻犎斋I上賀詞

隊員女： 我們的心在激蕩，我們的情在流淌。

隊員男：每一塊紅領巾都是用鮮血染成，每一位少先隊員都能沐浴到黨的陽光。

隊員女：回顧革命歷史的風浪，我們需要插上堅強的翅膀。

隊員男：想起無數(shù)先烈的業(yè)績，我們應該珍惜美好時光。

隊員女：讓我們一起飛躍，讓我們共同成長。

隊員男：讓我們同心協(xié)力去創(chuàng)造，讓我們并肩戰(zhàn)斗去遠航。

隊員女：我們是鮮艷的紅領巾，我們是堅強的少先隊員。

隊員男：只有我們才會團結友愛，只有我們才能勇敢堅強。

隊員女：親愛的少先隊員們，隊員男：親愛的少年朋友們，隊員女：讓我們高高地舉起拳頭，讓我們雄壯的誓言飛揚。

隊員女：讓我們暗下決心：

（合）準備著，準備著，時刻準備著！

隊員男：本周廣播到此結束，謝謝收聽！