《合成纤维》-课件设计（公开）.pptVIP

碳纤维，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。 　　 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。 碳纤维是在2000℃以上高温惰性环境中，唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。 碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。 航空航天应用的碳纤维从T300开始,到目前已发展到T700 和拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300约 30%的高强中模T800H碳纤维。主要应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件，包括机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标――结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。 在民用领域，波音787梦想飞机复合材料用量将达50%，开拓了航空复合材料应用新的里程碑，空客的555座的世界最大飞机A380也大量采用碳纤维增强塑料，用量达到25%，其中22%为碳纤维增强塑料, 3%为首次用于民用飞机的GLARE纤维-金属板。这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封框――复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后，A380又一次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战。仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻重量1.5吨。由于CFRP的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损。从而大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右，并降低了运营成本，单座英里成本比目前效率最高飞机的低15%--20%，成为第一个每乘客每百公里耗油少于三升的远程客机。　　 目前世界碳纤维产量达到4万吨/年以上，全世界主要是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司以及美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及德国SGL西格里集团，韩国泰光产业，中国台湾的台塑集团，等少数单位掌握了碳纤维生产的核心技术，并且有规模化大生产。 　　 目前，在祖国大陆还没有一个年产100t的规模化碳纤维工厂，大多还处于中试放大阶段。值得一提的是中国台湾省的台塑集团，在80代年中期从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维生产线，经消化、吸收和配套后得到迅速发展，台塑产量增加很快，但碳纤维质量的提高幅度并不大。 　　 碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。目前，中国碳纤维发展的“瓶颈”在于原丝生产技术。原丝占总成本的 50%-65%。原丝制约着碳纤维的生产成本和市场竞争能力。 芳纶是另一种新型高科技合成纤维，最早由美国杜邦公司研制成功并实现工业化生产，其间位芳纶