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工程材料概论论文题目: 碳纤维复合材料的发展及应用专业：网络 132 姓名：张凤霞学号： 2013122836 碳纤维材料的发现和使用始于1860 年斯旺制作碳丝灯泡 , 成为发明和使用碳纤维的第一人 之后爱迪生使用竹丝制作碳丝作为灯丝，达到了照明 45 小时的效果 20 世纪 90 年代中期，美国、日本、英国相继开始展开对碳纤维材料的研究1972 年，日本用碳纤维材料制造鱼竿，美国使用碳纤维材料制造高尔夫球杆，碳纤维材料开始应用于日常生活 1992年, 日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维其后，碳纤维材料趋向于高强度高弹性模量的方向发展如今，碳纤维材料已经广泛应用于建筑、航空航天以及汽车制造行业碳纤维材料的种类及其发展按碳纤维原丝不同主要可以分为PAN 基碳纤维、黏胶基碳纤维、沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维、基碳纤维聚丙烯腈 (PAN)基碳纤维由聚丙烯腈经纺丝、预氧、碳化几个阶段形成，PAN基碳纤维具有高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电性能等特点， 并具有很强的抗压抗弯性能，一直在增强复合材料中保持着主导地位目前，PAN基碳纤维仍是碳纤维市场中的主流PAN基碳纤维应用的主要领域有航空航天工业，地面交通工具，如汽车、赛车、快速列车等，造船工业、码头和海上设施，体育用品与休闲用品，电子产品，基础设施以及造纸、 纺织、医疗器械、化工、冶金、石油、机械工业等领域，要求零部件在高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀等环境下工作。

黏胶基碳纤维是由主要成分为纤维素的粘胶纤维经过脱水、 热解然后碳化而得来的 黏胶基碳纤维的三维石墨结构不发达，导热系数小；石墨层间距大，石墨微晶取向度低，因此是理想的耐烧蚀和隔热及热防护材料同时，黏胶基碳纤维是由天然纤维素木材或棉绒转化而来，与生物的相容性极好， 又可作为良好的环保和医用卫生材料但是，由于生产黏胶基碳纤维的工艺流程较长，工艺条件苛刻，不适宜大批量生产，成本较高；另外，黏胶基碳纤维的整体性能指标比PAN基碳纤维的要差， 综合性能价格比在竞争中处于劣势，因此从 20世纪 60年代以来其生产规模逐渐萎缩，目前产量已不足世界碳纤维产量的l ％沥青基碳纤维是以石油沥青或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制成沥青基碳纤维的生产原料成本低于聚丙烯腈基碳纤维，但由于沥青基碳纤维的生产工艺复杂，反而使其生产成本大大增加此外，沥青基碳纤维抗压强度比较低， 其后加工性能也不如聚丙烯腈基碳纤维，因此其生产规模和应用领域都受到了一定限制不过，由于沥青基碳纤维具有优良的传热、 导电性能和极低的热膨胀系数，因此仍在必须要求这些性能的军工及航天领域发挥着独特作用酚醛基碳纤维阻燃性、绝缘性极好；可在松弛条件下碳化，加工工艺简单，碳化时间短且温度低，碳化率高，且手感柔软，但强度和模量较低。

酚醛基碳纤维主要用于复写纸原料， 耐腐蚀电线，以及用来制造耐热、防化防毒、无尘等特种服装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CFRP 是目前最先进的复合材料之一, 它以轻质高强、 耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料 CFRP 的力学性能主要取决于基体的力学性质、碳纤维的表面性状以及纤维与键合界面的性质, 而基体的性能及纤维的表面性状直接关系到界面的键合和粘接性能碳纤维材料的发展现状及前景，国内外发展现状国内发展现状我国对碳纤维的研究开始于20 世纪 60 年代，80 年代开始研究高强型碳纤维多年来进展缓慢， 但也取得了一定成绩 , 进入 21 世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/ 年原丝、200t/ 年PAN基碳纤维 ( 只有东丽碳纤维T300 水平) ，使我国碳纤维工业进入了产业化随后，一些厂家相继加入碳纤维生产行列从2000 年开始我国碳纤维向技术多元化发展， 放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。

目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700 碳纤维产品已经达到国际同类产品水平 2009 年，国内碳纤维产业多年来发展落后缓慢的局面得以改变，生产企业和投资基地都在不断增多，本行业的发展从此进入了一个全新的时期 但是与发达国家相比， 我国目前的碳纤维生产能力（特别是高端产品）与国际水平还存在相当的差距：产能只占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右，大量碳纤维产品仍靠进口，真正国产化还需要一个漫长的过程，中复神鹰自主研发的年产1000 吨碳纤维生产线于 2008年 10 月顺利投料生产， 2009 年产量达到 550吨,产销量位居国内第一位, 有效缓解了国内碳纤维的供应紧张局面；威海拓展纤维有限公司也于08年引进了一条年产 1000吨碳纤维生产线并顺利投产但与发达国家相比，我国碳纤维产业刚刚起步，在产量和高端产品品种上仍还远远不能满足国防和国民经济建设的需要国际发展现状近几年随着先进复合材料的发展，碳纤维需求激增， 引爆了近年来世界性的碳纤维危机，这场危机从2005 年开始日趋明显，至 2007 年达到极点自碳纤维危机爆发以来，各大碳纤维生产厂商急剧扩张，扩大产能，缓解了碳纤维紧缺的供应情况。

2008 年下半年爆发了世界金融危机， 实体经济受影响颇深， 碳纤维的需求也有所回落尤其是2009 年经济衰退陷入最低谷时，很多碳纤维制造商也推迟或放慢了自己的发展计划但是进入2010 年以来，随着经济危机的好转，全球碳纤维市场出现快速回暖的迹象巨大需求刺激碳纤维市场回暖， 因此对碳纤维的需求总体仍处上升趋势目前世界碳纤维产量达到4 万 t/ 年以上，随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加， 碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13% 的速度飞速增长，碳纤维的全球需求量2018 年将达到 10 万 t 未来发展前景随着工业技术的迅速发展，在航空航天车辆交通等领域，物件的强度和可靠性需要更多的提高，而重量也是一个重要的因素， 因此碳纤维材料将越来越成为高强度材料领域内的主导然而，碳纤维材料的普及使用依然存在一些问题首要问题是技术垄断问题，目前全世界范围内掌握碳纤维材料的制造和研发仅仅有美国和日本的少数几家公司， 其他国家在碳纤维材料研究领域进展不明显其次是碳纤维材料的适用范围有限 虽然碳纤维材料具有良好的物理化学性质，其高模量高比强度的性质优越，但是并非很多领域都需要用到这样的优良性质，仅仅是在航空航天和交通领域内应用和需求较多。