碳纤维资料

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碳纤维资料

“碳纤维”简介

碳纤维是当今世界瞩目的高科技领域中的新型工业材料，是先进复合材料中最优良的增强材料之一。是国际上60年代才开始发展起来的高性能材料，被誉为第四代工业材料和下世纪新材料。
    根据碳纤维原料可分为聚丙烯腈（PNA）碳纤维、沥青基碳纤维、胶粘基和酚醛树脂碳纤维。目前，主要以PNA碳纤维和沥青基碳纤维为主，其它碳纤维极少。

聚丙烯腈（PNA）碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的聚丙烯腈（一种合成纤维），经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随碳纤维种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、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。

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力研究，碳纤维的性能也不断完善和提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

上海朝日低碳新能源有限公司所采用100%日本进口的长丝碳纤维核心材料，通过高科技技术，研制生产出上海朝日品牌碳纤维远红外地热电缆。丰富中国的供暖市场，提升了供暖产品的品质，符合当今低碳生活，生态宜居的生活理念。

目前世界只有7个国家能够生产碳纤维，其中日本东丽公司生产的碳纤维原材料是世界顶级的碳纤维原材料，其稳定性，抗压力，抗拉力，耐酸碱度，以及碳纤维米均匀度和稳定性最好。是目前民用采暖行业极佳的碳纤维原料。

碳纤维的种类

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，是当今世界首选的高性能增强纤维材料。目前，它已经广泛用于航天、航空、能源、交通、石油、化工、化肥、农药、纺织机械、建筑材料、环境工程、电子工程、医疗机械、文体器材和劳动保护等领域。

碳纤维以其固有的特性赋予了其复合材料优异的性能。在工程塑料改性方面，它赋予工程塑料高强高模；在导电性能方面，碳纤维可以改善注射模塑共混物、涂料抗静电性能、制作电热元件、具有电磁屏蔽性能；在摩擦材料方面，碳纤维赋予材料以耐高温、耐腐蚀的性能，与树脂组成的C/C复合材料又是最耐腐蚀的材料之一。
1、碳纤维应用种类
（1）长丝碳纤维（continuous carbon fiber）
　　长丝碳纤维可用于缠绕压缩天然气瓶（CNGV），油田抽油杆，碳纤维远红外地热电缆、碳纤维增强板材，碳纤维加固补强布、带、预应力筋，模型骨架材料，摇篮、帐篷支架，海上石油钻井平台支架，隧道、地铁工程，桥梁修复补强，风力发电机叶片等。
（2）短切碳纤维（chopped carbon fiber）
　　碳纤维增强水泥，密封填料，碳纤维增强尼龙、四氟乙烯等各种工程塑料（如笔记本电脑外壳，自行车车架，汽车挡泥板、保险杠，增强家具板材，安全头盔等），碳纤维毡，各种导电纸，防静电材料（复合地板、地毯、矿用风机叶片等），各种电磁屏蔽材料，C/C复合耐磨耐高温密封材料，防火材料（防火壁纸、窗帘等），吸附材料，油田输气、输油管道等。
（3）研磨纤维
　　研磨碳纤维一般用于塑料填充，包括抗静电、电磁屏蔽、复合材料富树脂表面的增强、低成本聚氨酯摩擦材料。
（4）碳布
　　混凝土梁抗弯、抗剪加固；混凝土楼板、桥板加固补强；混凝土砖砌体墙、剪力墙补强；桥墩、桩等柱体加固补强；烟囱、隧道、水池、混凝土管等补强性能下降、致癌的缺点；作为隔热材料，碳纤维的耐热温度最高可达3000℃，远远高于传统的隔热材料，而且不污染环境。

（5）碳毡
　　可应用于电阻材料领域和摩阻材料领域，如各种电热元件和耐摩材料等；同时也具有耐高温性能，广泛用于各种真空或惰性气氛炉的隔热材料领域，如：碳纤维石英电热管、隔热砖、防火墙体，防火板，耐磨材料等。作为电阻材料，避免了传统电热丝中镍镉铅等重金属对环境的污染；作为摩阻材料，碳纤维在一定的温度范围内其性能随温度的升高而增强，克服了传统石棉材料高温耐摩。

碳纤维的性能、技术指标、优势和使用寿命

1、碳纤维的性能：
（1）碳纤维制造方法：
　　 碳纤维是一种纤维状的碳素材料。根据碳纤维制造所选用的原料不同和制造工艺的不同，具有不同的拉伸强度和拉伸模量。目前碳（石墨）纤维按选用原料与制造工艺，有两大类制造方法。
    a.气相生长法：采用碳氢化合物在催化剂的作用下，通过加热过程裂解结晶制作。
    b.有机前驱体法：按采用的原纤维不同又分为聚丙烯晴基、黏胶基、沥青基、酚醛基的碳纤维。
（2）碳纤维的化学性能：
　　碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料即没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25％左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。
（3）碳纤维的物理性能：
    a.热学性质
　　碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而变化。
   b.导热性质
　　碳素材料热传导机理并不依赖与电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼-夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。
   c.电学性质
　　碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征，电阻率变化主要与载流子的数量的变化有关。
2、碳纤维的有关技术指标：
　 碳纤维的力学性能分为普通级和高性能级，具体性能指标如下：

普通级的性能：拉伸强度≥3.0Gpa；拉伸模量≥230Gpa。

高性能级的性能：拉伸强度≥4.0Gpa；拉伸模量≥390Gpa。

综述：

碳纤维电热技术开发具有以下几个方面的诱惑力:

1. 具有电热体更新换代和升级的特征，可以渗透到各个应用领域。

2. 碳纤维电热体在高温状态下使用不会氧化，抗拉强度高，因此其产品使用寿命长。

3. 碳纤维电热体电热转效率高达98%，体现出了技术与经济的效益。

由于这些优点决定了碳纤维电热技术应用和开发有着广阔的前景和广泛的应用领域，碳纤维电热体已显现出它独特的魅力、诱惑力和不可取代性。