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1、碳纤维Carbon fiber,碳纤维Carbon fiber,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。它是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。,碳纤维的定义,碳纤维材料的应用,1,碳纤维的发展历史,碳纤维的起源,1860-1879年，英国人瑟夫将棉线浸入硫酸，焦干处理，然后碳化，制取碳丝，并获得专利,1879年，美国人爱迪生将油烟和焦油的混合物做成丝，并进一步碳化制作成灯丝，持续照明45h。,1,碳纤维的发展历史,碳纤维发展壮大,1959年，美国UCC公司生产低模量的碳纤维。 同年，日本人发明了PAN基碳纤维,19
2、50年，美国人空军基地开始研制黏胶基碳纤维,1959-1964年，英国成功打通制造高性能的PAN基碳纤维。,1965-1970年日本人发明沥青基碳纤维，同时日本东丽公司和美国UCC公司技术合作。,1970至今，日本美国基本垄断碳纤维技术，1992年日本东丽公司研制M70J，杨氏模量690GPa,1,碳纤维的发展历史,日本东丽几种类型碳纤维,类别,拉伸强度/GPa,杨氏模量/GPa,类别,拉伸强度/GPa,杨氏模量/GPa,T300,3.54,231,T400H,4.43,251,T700S,4.92,231,T800H,5.51,296,T1000,7.02,296,注：T为碳纤维，M为石墨纤
3、维 Q235号刚的拉伸强度235MPa，杨模量200GPa,M35J,4.71,345,M40J,4.43,379,M50J,3.94,478,M60J,3.94,590,M46J,4.23,438,1,碳纤维的发展历史,中国的碳纤维发展历史,1972年，化工部吉林化工研究院开展硝酸法研制PAN原丝，在年产3万吨装置上一步法制取原丝。,1962年，中科院长春应用化学所成立以李仍元为组长的碳纤维研究小组，进行大量研究。,1975，冶金部提供上海碳素厂2吨原丝研制碳纤维。,1975-1990，国外碳纤维进入飞速发展阶段，但国内仅实现从没有到有产品，不能够规模化生产。,2000年碳纤维发展进入新阶段
4、，2007年产能进入飞速发展阶段；目前国内有近30家企业,碳纤维的发展历史,国内厂家和国外厂家对比,东丽、东邦、三菱丽阳号称日本碳纤维领域“三剑客”。每年他们都悉数亮相复材展。占世界40%市场份额。,技术不够先进，厂家众多，利润低。,技术先进，资本雄厚，处于垄断地位。,1,碳纤维的照片,2 碳纤维的特性,2,碳纤维特性,碳纤维的理化性质,碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征. 能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点。,碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在
5、生锈的问题。,2,碳纤维特性,碳纤维的分类,聚丙烯腈基碳纤维,沥青基碳纤维,黏胶基碳纤维,制备高性能碳纤维，是碳纤维制备的主流方法，总产量的95%。,碳化率高，成本最低。,总量不足世界总产量的1%，碱金属含量低。,2,碳纤维特性,聚丙烯腈基碳纤维制备工艺,1,原丝制备2 预氧化3 碳化4 石墨化5 表面处理6 上浆处理,http:/,碳纤维的照片,3 碳纤维的研究热点,3,碳纤维的研究热点,碳纤维表面改性,氧化处理,表面涂层,等离子体处理,碳纤维表面的粗糙度、微晶大小、官能团的种类和数量对碳纤维与树脂基体的结合性能有很大的影响。,PAN原丝电镜照片,3,碳纤维的研究热点,碳纤维表面氧化处理,氧
6、化处理,气相氧化法,液相氧化法,电化学氧化法,气相氧化使用的氧化剂有空气、氧气、臭氧等含氧气体。,硝酸、酸性重铬酸钾、次氯酸钠、过氧化氢和过硫酸钾等处理,将碳纤维作为阳极置于电解质溶液中，通过电解所产生的活性氧来氧化碳纤维表面而引入极性基团，,3,碳纤维的研究热点,碳纤维复合材料,为了适应各种领域的要求，碳纤维增强基体材料，使得基体材料的性能更加完善。,3,碳纤维的研究热点,碳纤维复合材料,碳纤维增强热固性树脂基体复合材料（CFRTS）,碳纤维增强热塑性树脂基体复合材料（CFRTR）,混合增强复合材料（CFRP）,碳纤维增强的环氧树脂,碳纤维增强聚醚醚酮,碳纤维和玻纤增强的芳纶纤维,碳纤维的照
7、片,4 碳纤维的应用及前景,4,碳纤维的应用及前景,碳纤维在航空的应用,空中客车A380是欧洲空中客车工业公司研制生产的四引擎、550座级超大型远程宽体客机，空中客车A380投产时是载客量最大的客机，有空中巨无霸之称。制造材料大量采用CFRP。,空波音777是一款由美国波音公司制造的中远程双引擎宽体客机，是目前全球最大的双引擎宽体客机。B777大量采用的是T800和韧性环氧树脂的预进料。,4,碳纤维的应用及前景,碳纤维在的应用领域,碳纤维的应用领域,4,碳纤维的应用及前景,碳纤维在战略武器的应用,碳纤维高强度，质量轻，化学性质稳定，耐高温，使得在军工上应用广泛。,4,碳纤维的应用及前景,碳纤维在高新技术的应用,正负离子对撞机中的束流管主漂移室内外筒构件采用碳纤维复合材料。,在核聚变方面，托马克聚变反应直接接触的部件用C/C复合材料。 在铀的分离和浓缩中也作为装置材料。,4,碳纤维的应用及前景,碳纤维在民用领域的应用,汽车工业,能源工业,土木建筑,医疗器械,4,碳纤维的应用及前景,碳纤维在民用领域的应用,随着生活水平的提高。越来越多的碳纤维体育建材进入我们的生活。,中国碳纤维产品还是属于比较低端产品，主要是原料、制备工艺、制造装备上的限制，碳纤维涉及到国民经济重点领域，我们需要付出艰苦卓绝的奋斗才能达到世界先进水平。,结束语,Thank you,
