碳纤维复合材料的研究进展及其应用

碳纤维复合材料的研究进展及其应用什么是碳纤维？什么是碳纤维复合材料？研究现状如何？如何制备成型？有何应用？前景如何？目录1碳纤维及其复合材料的定义2碳纤维复合材料的种类3碳纤维复合材料的研究现状4碳纤维及其复合材料的成型制备技术5碳纤维及其复合材料的应用及其发展1碳纤维及其复合材料定义碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。碳纤维复合材料碳纤维碳纤维（carbonfiber，简称CF），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“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料热固性树脂基热塑性树脂基橡胶基(1)分类基体聚合物增强体粒状or片状or纤维状(2)举例太阳能电池帆板火箭发动机壳汽车保险杠2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类金属基复合材料轻金属基高熔点金属基金属间化合物基基体金属增强体金属纤维oror合金or金属间化合物金属间化合物(1)分类(2)举例航天飞机中段主机身的B/Al关键桁架、臂状支柱齿轮高尔夫球杆击球头2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类陶瓷基复合材料高温陶瓷基复合材料玻璃基复合材料玻璃陶瓷基复合材料基体陶瓷材料增强体陶瓷or晶片or碳纤维等(1)分类(2)举例切削刀具火箭发动机构件高速列车制动件2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类水泥基复合材料适当比例拌合均匀细骨料硬化水粗骨料成型浇捣应用举例地面和道路工程建筑结构工程修补工程2碳纤维复合材料的种类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料陶瓷基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料2碳纤维复合材料的种类2碳纤维复合材料的种类碳基复合材料基体碳增强体树脂碳or沥青碳or沉积碳火箭及导弹所有的烧蚀材料小汽车中的悬臂、车顶、车轮、发动机盖板、框架和横梁、传动轴和保险杠灯人造髋关节3碳纤维复合材料的发展现状产业整体技术现状全球产能工信部计划3碳纤维复合材料的发展现状我国碳纤维产业整体技术现状3碳纤维复合材料的发展现状种类现状T300级掌握工业化生产技术T700级基本掌握工业化生产技术T800级试验线试制阶段M40级研发、试制阶段3碳纤维复合材料的发展现状产业整体技术现状全球产能工信部计划3碳纤维复合材料的发展现状3碳纤维复合材料的发展现状全国（大陆）碳纤维生产企业产能与产量示意图（单位：吨）项目年份产能产量2012年1000020002013年1400030003碳纤维复合材料的发展现状基本棱锥图从事碳纤维复合材料制品研制和生产，以及设备制造的厂家2013生产体育休闲用品拉挤成型工艺生产航空航天纤维缠绕工艺生产3碳纤维复合材料的发展现状产业整体技术现状全球产能工信部计划3碳纤维复合材料的发展现状3碳纤维复合材料的发展现状初步建立碳纤维及其复合材料产业体系，碳纤维的工业应用市场初具规模基本满足国民经济和国防科技工业的需求，初步形成两到三家具有国际竞争力的大型企业集团及若干产业集聚区工信部印发《加快推进碳纤维行业发展行动计划》2016年2020年4、碳纤维及其复合材料成型制备技术（一）、碳纤维的制备方法丙烯酸碳纤维1前驱纤维于200-300℃氧化性气氛中,在张力作用下热处理,使线性的PAN分子转变为环状或梯形化合物,在1000以℃上进行脱氢碳化，形成乱层石墨结构。继续2000-3000℃的高温处理,得到高模量碳纤维。沥青基碳纤维2先对沥青进行热固性处理,然后熔融纺丝、碳化、石墨化得到纤维。粘胶碳纤维3粘胶纤维制备碳纤维与制备PAN基碳纤维类似，也经过低温(40℃)处理与高温(1000℃)碳化、石墨化过程两阶段。4、碳纤维及其复合材料成型制备技术碳纤维的制备方法(续)气相生长碳纤维4使气态烃或CO等在附着于基质之上的过渡金属颗粒(如铁、钻、镍)催化剂上,高温下发生裂解或歧化反应,碳沉积生长成碳纤维，但制得的是短纤维。3提升渠道效率的途径和方法（二）、碳纤维复合材料的制备技术RTM/RFI工艺模压成型缠绕成型电子束固化成型拉挤成型真空袋压成型化学气相沉淀法静电纺丝法4、碳纤维及其复合材料的成型制备技术4、碳纤维及其复合材料的成型制备技术准备模具碳纤维铺于模腔内注入树脂胶液固化脱模RTM/RFI工艺4、碳纤维及其复合材料的成型制备技术模压成型制备碳纤维预浸料加入对模加热、加压固化4、碳纤维及其复合材料的成型制备技术缠绕成型连续碳纤维浸与树脂胶液缠绕到芯模上固化脱模制得筒形件电子束固化成型制备预浸料高能电子束处理交联固化成型4、碳纤维及其复合材料的成型制备技术拉挤成型真空袋压成型将纱架上的纤维粗纱和其他连续增强材料、聚脂表面毡等进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在模内固化成型后连续出模。预浸料叠层和其他工艺辅助材料组合在一起，构成一个真空袋组合系统，在热压罐中一定压力（包括真空袋内的真空负压和袋外正压）和温度下固化，制成各种形状的制件。4、碳纤维复合材料的成型制备技术化学气象沉淀法（CVD）液态浸渍-炭化工艺基体碳增强体树脂碳or沥青碳or沉积碳4、碳纤维及其复合材料的成型制备技术静电纺丝法渠道结构原因1将碳纤维与聚合物混合制成纺丝原液，通过静电力作为牵引力来制得超细碳纤维复合纤维。ApplicationsOfCarbonFiberReinforcedComposites（CFRC)5、ApplicationsOfCarbonFiberReinforcedComposites（CFRC)PropertiesofCarbonFiberReinforcedCompositesLowdensityCFRCHighspecificstrengthHighspecificmodulusAdvanceddesignExcellentanti-fatiguepropertiesExcellentresistancetovibrationGoodhigh-temperatureperformanceHighBrokensecurity4、ApplicationsOfCarbonFiberReinforcedComposites（CFRC)5、ApplicationsOfCarbonFiberReinforcedComposites（CFRC)ApplicationinWindenergyTheadvantageofCFRCcomparedwithGFRPHigherspecificstrengthHigherspecificmodulusMoreaffordableMoresecure5、ApplicationsOfCarbonFiberReinforcedComposites（CFRC)ApplicationinAerospaceApplicationinSportequipmentforyourattention~~