碳纤维资讯：碳纤维复合材料的发展和应用

　　

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　　一、碳纤维复合资料的发展跟策略位置
碳纤维的呈现是资料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高机能资料，存在高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优良机能，正逐步驯服跟取代传统资料。现已普遍利用于航天、航空跟军事范畴。世界各国均把发展高机能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事范畴上的重要利用外，在民品的发展上有着更加辽阔的空间，并已经开端深刻到国计民生的各个范畴。在机械电子、建造资料、体裁、化工、医疗等各个范畴碳纤维有着无可比较的利用上风。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技巧的须要而产生的。80年代期，高机能及超高机能的碳纤维接踵呈现，这在技巧上是又一次奔腾，同时也标记着碳纤维的研究跟生产已进入一个高等阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合资料已从初创期转入增加发展期，其产业位置已基本确破，美、日、英、法、德等国的碳纤维产量已经占世界产量的绝大局部，并已逐步形成垄断上风。
我国对碳纤维的研究因为起步较晚，技巧力量薄弱，诚然碳纤维及其复合资料在我国已被纳入国度 ;863 ;跟 ;973 ;盘算，但总体情况不尽幻想，我国仍不具备成熟的碳纤维产业化生产技巧，国防跟民用碳纤维产品基本依附进口。

　　二、碳纤维复合资料的机能跟用处
碳纤维重要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理进程中不熔融的人造化学纤维经热牢固氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随品种不同而异，个别90以上。碳纤维存在个别碳素资料的特点，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐化等，但与个别碳素资料不同的是，其外形有明显的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表示出很高的度，且碳纤维比重小。
1、碳纤维的化学机能
碳纤维是一种纤维状的碳素资料。咱们晓得碳素资料是化学机能牢固性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类意识的碳素资料的特点之一。除强氧化性酸等特别物质外，在常温常压邻近，多少乎为化学惰性。可能认为在个别的工作温度≤250℃环境下利用，很难察看到碳纤维产生化学变更。根占领关资料介绍，从碳素资料的化学性质剖析，在≤250℃环境下，碳素资料既不明显的氧化产生，也不生成碳化物跟层间化合物生成。因为碳素资料存在气孔结构，因此气孔率高达25%左右，在加热进程易产生吸附气体脱气情况，这样的进程更有利于咱们牢固电气机能跟在电热范畴的利用。
2、碳纤维的物感机能
(a)热学性质：碳素资料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于个别固体物质与温度的依存性，从产业的利用角度来看，碳素资料比热大体上是恒定的。碳纤维复合材料由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。多少乎不随石墨化度跟碳素资料的品种而化
(b)导热性质：碳素资料热传导机理并不依附于电子，而是依附晶格振动导热，因此，不合乎金属所遵守的维德曼—夫兰兹定律。根占领关资料介绍，个别的碳素资料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。
(c)电学性质：碳素资料电学性质重要与石墨晶体的电子行动跟不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构跟载流子的品种及其扩散机理决定了上述性质。碳纤维复合材料由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳素资料这类电学性质存在本征半导体所具备的特点，电阻率变更重要与载流子的数量变更有关。 123456
3、碳纤维的重要用处
与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构资料。碳纤维加强环氧树脂复合资料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构资料中是最高的。在刚度、分量、疲劳特点等有严格请求的范畴，在请求高温、化学牢固性高的场合，碳纤维复合资料都颇具上风。
由碳纤维跟环氧树脂结合而成的复合资料，因为其比重小、刚性好跟强度高而成为一种进步的航空航天资料。
最神奇的利用是采取长碳纤维制成的 ;纳米绳 ;可能将 ;太空电梯 ;由幻想变为事实，太空电梯将可能将乘客跟各种货物运送到空间轨道站上，也可能用这种 ;纳米绳 ;将太空中发射平台与地面固定在一起，在这样的发射平台上发射人造卫星跟太空探测器就可能大大降落发射本钱。总结碳纤维复合资料的事实利用有以下多少个方面：

　　(1)宇航产业用作导弹防热及结构资料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层;卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星-火箭结合部件;航天飞机机头，机翼前缘跟舱门等制件;哈勃太空千里镜的丈量构架，太阳能电池板跟无线电天线。 123,123

　　(2)航空产业用作主承力结构资料，如主翼、尾翼跟机体;次承力构件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发念头舱、整流罩及座板等，此外还有c/c刹车片。

　　(3)交通运输用作汽车传动轴、板簧、构架跟刹车片等制件;船舶跟大陆工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆;海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器跟管道。

　　(4)活动器材用作网球、羽毛球、跟壁球拍及杆、棒球、曲棍球跟高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。

　　(5)土木建造幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、海水跟水轮结构的加强筋、地板、窗框、管道、大陆浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强资料。

　　(6)其它产业化工用的防腐泵、阀、槽、罐;催化剂，吸附剂跟密封制品等。生体跟医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、x光机的床板跟胶卷盒。编织机用的剑竿头跟剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极度、音响、减磨、储能及防静电等资料也已获得普遍利用。 本文来自123

　　三、碳纤维复合资料在电线电缆中的利用
碳纤维以其固有的特点赋予了其复合资料优良的机能，它存在高比强度、高比模量、耐高温、耐腐化、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热跟热膨胀系数小等一系列优良机能，从而为其在电线电缆行业中的利用供给了可能跟必定。

　　(一)碳纤维加热电缆的开发跟利用
人们早就晓得，以金属资料为发热体的电加热技巧已在各个范畴得到了普遍的利用。然而金属丝在高温状况下名义易氧化，因为氧化层一直的增厚，造成了有效通过电流的面积减小，增大了电流的负荷，因此易烧断。在雷同的容许的电流负荷面积下，金属丝的强度比碳纤维低6-10倍，在利用进程中易折断。
碳纤维是一种石墨的六方晶格层状结构组成，是一种全黑体资料，因此在电热利用中，表示出来的电热转换效力高。在特定的前提下，高温不氧化，单位面积的电流的负荷强度跟机械强度不产生转变。
目前碳纤维加热电缆的利用如下：
低温辐射发热电缆地板采暖体系。
恒温育雏箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保温采暖。
途径化雪、机场跑道化雪：用于混凝土结构中楼面加热的幻想产品，也可能用在融雪装置中，对屋面雨水跟排水管进行防霜，还可能用于泥土加热。
管道、罐体保温防冻：电伴热产品近多少年在中国得到了大力的推广跟普遍的利用。其利用范畴重要集中在石油、化工、电力、铁路跟民用或贸易建造等。随着中国电力产业的发展，以清洁、无二次沾染的电能为重要能源的电伴热产品市场前景十分辽阔，同时，也为电伴热产品的机能提出了更高的请求。
足球场草坪、公共绿地泥土保温：太阳能热水器电能弥补加热器，重要用于在长期阴雨天或寒冬节令，因光照不足而导致太阳能热水器水温不能满意生活、工程须要时，为弥补热能而设计的。它存在较强的耐酷暑、酷寒跟高温湿润环境的机能，并存在防干烧的功能。即便偶尔水箱缺水误通电，也不至于烧坏电加热器跟水箱，故能确保保险利用。

　　(二)碳纤维复合芯导线的开发跟利用
我国事个缺电的国度，不仅发电业的发展滞后，输电业的弊病也凸现出来，输电线路已不堪蒙受传输容量疾速扩容的须要，因为过负荷造成的停电、断电故障频频产生，电力传输成为电力产业发展的 ;瓶颈 ；各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线，碳纤维复合芯导线由此应运而生。碳纤维制品厂家由于碳纤维拥有极高的材质特性，因此碳纤维制品的强度大，硬度高，远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。与钢芯铝绞线比较，碳纤维复合芯导线存在以下优点：
1、跟同样直径的acsr电缆比较，可能供给双倍的载流容量。
2、有效解决电缆下垂问题。
3、可能在更高的温度下工作，最高可达200摄氏度。 123456
4、线芯可能抗腐化，而且不双金属间腐化问题。
5、因为可能供给更高的载流容量，所以同时也有效的降落了工程本钱。
6、与雷同直径传统电缆比较可能多容纳28%的导体。
7、高强度线芯可能有效减少电缆架的数量，或降落电缆架的高度。
8、有效减少电缆下垂，使地面生物更加保险。
除了上述提及的优点外，还可减少传输中电力的损耗，减少20%的塔杆，节俭用地，减少有色金属资源消耗，有助于结构保险、环保、高效节俭型输电网络。目前世界上只有美国跟日本开发出这种新型导线，他们还达成默契：不向第三国输出，日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右。目前我国电线电缆研究所、电力建造研究院以及国度电网有限公司都已经开端了对accc导线的实验研究工作。国内电缆厂家也加大与外方配合，将这种新型电缆引进到中国生产，踊跃推动我国架空输电线路的技巧革命。最近福建电网已经将该新型导线架设运行。

　　(三)在高低温、腐化等苛刻环境利用的可能碳纤维细如蛛丝，三型碳纤维比强度是钢的62倍以上，成形工艺性好，是一代新型工程资料，其弹性量高，抗变性才干比钢大2倍多，抗拉强度30～40t/cm2pa,而比重还不到钢的四分之一，是铝合金的二分之一，高弹模量比钢铁大16倍，比铝合金大12倍。且碳纤维比钢等柔软。因此，碳纤维可用于请求能承重、不易伤害内部元件的电缆的加强芯，如海底光缆等。
碳纤维可能耐-180℃的低温，在此前提下，很多资料都变的很脆，连坚固的钢铁也变的比玻璃还轻易碎，而碳纤维在此前提下仍旧很柔软。因此，碳纤维复合芯可用于极地(如南极考察研究等)前提下输电载体的设计跟制造。碳纤维又可能耐3000℃～3500℃的高温，在此高温下最好的耐热钢也变成钢水，但在不氧气的情况下，碳纤维不变更。
碳纤维即便从3000℃的高温疾速冷却到室温也不会炸裂，因此可在急冷急热的环境中工作。这为钢铁、冶金、锅炉等行业中高温特高温场合电缆的设计供给了可能。此外，碳纤维纱、碳纤维绳、碳纤维布都可用于消防电缆产品的设计选用。 copyright 123456
碳纤维有超强的耐腐化性。金属中耐腐化性最强的是黄金跟铂，在一份硝酸(浓%)跟三份硫酸(浓度39%)配成的称 ;王水 ;的溶液中黄金、铂会被腐化的千疮百孔，而 ;王水 ;中的碳纤维却坦然无恙。为各种化学环境下轻型耐化学腐化电缆的设计供给了新的思路。 
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