碳纤维增强复合材料
尽管碳纤维可单独使用发挥某些功能,然而,它属于脆性材料,只能将它与基体材料牢固地结合在一起时,才能利用其优异的力学性能,使之更好地承载负荷。因此,碳纤维主要还是在复合材料中作增强材料。
根据使用目的的不同可选用各种基体材料和增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷,目前使用的多、广泛的是树脂基复合材料。(姜作义。张和善.纤维-树脂复合材料技术与应用【M】.北京;碳纤维具有十分优异的力学性能,是目前已大量生产的高性能纤维中具有的比强度和的比模量的纤维,特别是在2000℃以上的高温惰性环境中,碳材料是强度不下降的物质,是其他主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。中国标准出版社,1990.30)波音787飞机需耗用20多吨碳纤维。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。
二、聚腈基碳纤维发展现况
2.1世界总况
1959年日本的进藤昭男发明了用聚腈(PAN)原丝
生产碳纤维的方法。1969年,日本东丽公司研究成功特殊的单体共聚PAN基碳纤维,结合美国联合碳化物公司(Union Carbide)的碳化技术,生产出高强度、高模量碳纤维。20世纪70年代末以来,国外许多以PAN纤维为原料制造碳纤维的厂家在原料供应及碳纤维的生产、供销方面进行广泛合作与竞争,促进了PAN基碳纤维工业的长足发展。特别是进入90年代以后,由于PAN基碳纤维性能优越,应用领域日益扩展。方法简单,而且产品的力学性能优良,用途广泛,因而自20世纪60年代问世以来,取得了长足的发展,成为当今碳纤维工业生产的主流。目前世界PAN基碳纤维已进入发展旺盛的成熟期,主要表现为:
1972年,美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维日本用碳纤维制造钓竿,美国用碳纤维制造高尔夫球棒
1973年,日本东邦人造丝公司开始生产PAN基碳纤维(0.5吨/月) 日本东丽公司扩产5吨/月
1974年,碳纤维钓竿、高尔夫球棒迅速发展日本东丽公司扩产13吨/月
1975年,碳纤维网球拍商品化美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel—P”
美国UCC的沥青基碳纤维商品化
1976年,东邦人造丝公司与美国塞兰尼斯进行技术合作住友化学与美国赫格里斯(Hercules)成立联合公司
1979年,日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司
1980年,美国波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维
1981年,台湾台塑设立碳纤研究中心,日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作 1984年,台湾台塑与美国Hitco公司进行技术合作,日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800
1986年,日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000
1989年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M60
1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M70J,杨氏摸量高达690GPa
在复合材料大家族中,纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来,碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功,性能不断得到改进,使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。
碳纤维板是将同一方向排列的碳素纤维使用树脂浸润硬化形成碳纤维板材,能有效解决多层碳纤维布施工困难和工程量大的问题,补果好,施工便捷。采用碳纤维原料与良好基本树脂,碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能。