碳纖維復合材料設計論文-閱讀頁
2025-07-09 05:57本頁面
【正文】 ，產(chǎn)品規(guī)格為 1K、3K、6K、12K?？上驳氖菑?2022 年開始我國碳纖維向技術多元化發(fā)展，放棄了原來的硝酸法原絲制造技術，采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術獲得成功。 隨著近年來我國對碳纖維的需求量日益增長，碳纖維已被列為國家化纖行業(yè)重點扶持的新產(chǎn)品，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點。 盡管我國碳纖維生產(chǎn)發(fā)展緩慢，而消費量卻一直在逐漸增加，市場需求旺盛。我國碳纖維的需求量已超過 3000 噸/年，2022 年將突破 5000 噸/年。 為了滿足國內(nèi)市場對碳纖維不斷增長的需求，應盡快實現(xiàn)我國碳纖維工業(yè)的國產(chǎn)化和規(guī)模化。碳纖維在我國大有發(fā)展前途，但應總結滌綸等化纖發(fā)展的經(jīng)驗教訓，避免盲目發(fā)展，實現(xiàn)健康發(fā)展。但是，因為高性能碳纖維是發(fā)展航空航天等尖端技術必不可少的材料，長期受到以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會的封鎖。即使對我國解除了禁運，開始也只能是通用級碳纖維，而不會向我們出售高性能碳纖維技術和設備。我國化學纖維工業(yè)“十一?五”發(fā)展規(guī)劃中提出了“從以增加數(shù)量為主轉(zhuǎn)向大力發(fā)展高新技術纖維” ，特別是把事關國家產(chǎn)業(yè)安全的高新技術纖維材料作為重中之重，而且碳纖維被列為首位，是國家迫切需要短期內(nèi)突破的高新技術纖維品種，為我國碳纖維的發(fā)展創(chuàng)造了條件，我們要抓住這一機遇，自力更生、努力創(chuàng)新，發(fā)展具有自己知識產(chǎn)權的碳纖維，以滿足不斷增長的市場需求。 “十一五”期間，我國又啟動了相關“973 計劃” 。 研究碳纖維復合材料的目的和意義碳纖維英文名 Carbon Fibre，簡稱 CF 。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其 3 倍多；它與凱芙拉纖維(KF49)相比，不僅楊氏模量是其 2 倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。 碳纖維是含碳量高于 90％的無機高分子纖維 。碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X 射線3 / 14透過性好。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。通用型碳纖維強度為 1000 兆帕（MPa） 、模量為 100GPa 左右。強度大于 4000MPa 的又稱為超高強型；模量大于 450GPa 的稱為超高模型。用量最大的是聚丙烯腈 PAN 基碳纖維。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。 碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術密集型和政治敏感的關鍵材料。因此，除了國人繼續(xù)自力更生發(fā)展碳纖維工業(yè)外，別無其它選擇。目前在祖國大陸還沒有一個年產(chǎn) 100t 的規(guī)?；祭w維工廠，大多還處于中試放大階段。總的來說, 我國碳纖維生產(chǎn)的工藝不成熟, 設備落后, 自動化程度低, 生4 / 14產(chǎn)環(huán)境差,故目前生產(chǎn)的碳纖無論產(chǎn)量、質(zhì)量和品種都無法與先進國家媲美, 而應用范圍和深度與先進國家也有較大差距, 存在問題主要有以下幾點：（1）原絲質(zhì)量不過關我國的睛綸原絲存在著毛絲、并絲、斷絲等問題, 原絲的強度、純度、取向度、細旦化及CV值還未達到先進國家的水平, 原絲質(zhì)量是影響碳纖質(zhì)量的關鍵, 故用國產(chǎn)原絲生產(chǎn)的碳纖性能均未達東麗T300的水平。（2）設備落后我國碳纖生產(chǎn)設備落后, 自動化程度低,勞動強度大, 生產(chǎn)環(huán)境差, 而發(fā)達國家的封鎖又使我國無法引進國際上的一、二流設備,影響了生產(chǎn)水平的提高。生產(chǎn)成本高, 產(chǎn)品價格也比進口的高, 而性能卻無法與進口的媲美,故缺乏競爭能力, 失去了市場。第 2章 設計過程制備碳纖維的前驅(qū)材料很多, 可以用粘膠纖維、瀝青、聚丙烯氛、聚乙烯醉、木質(zhì)素、聚抓乙烯、酚醛樹脂、聚苯并唾哇等為原料。其中聚丙烯臘基碳纖維綜合性能最好, 產(chǎn)量占90%以上。（1）聚丙烯腑基碳纖維碳纖維用PAN原絲。中科院山西煤化所也從事DMSO法小試研究。目前世界上最大的抗燃、耐熱PAN預氧化纖維生產(chǎn)廠家是德國SGL集團和美國ZOLTEK公司, 其產(chǎn)量皆超過2022t/a, 各占世界總產(chǎn)量的1/3；日本帝人所屬的東邦公司產(chǎn)能達500t/a；旭化成公司約有的250t/a產(chǎn)能。(3)PAN碳類纖維生產(chǎn)。到21世紀, 生產(chǎn)工藝已分化為美國為代表的大絲束碳纖維工藝和日本為代表的小絲束碳纖維工藝, 小絲束的生產(chǎn)追求高性能化。 碳纖維生產(chǎn)工藝路線碳纖維制造方法分為有機纖維法和氣相生長法，大多數(shù)采用有機纖維法。PAN 纖維絲線性高分子，耐熱性差，高溫下熱處理會分解，得不到碳纖維。這就是穩(wěn)定化的目的。預氧絲在惰性氣體保護下通過碳化爐（13001600℃） ，在此溫度下，預氧絲中的非碳元素如 N、H、O 等從纖維中排出去。石墨化的碳絲應具備以下條件：σ=β 0(lme)1/m 其中 β 0、m 是 Weibulllm 參數(shù)；l 為絲束長度；m 是評價強度分布的，m值越大，強度分布越小。（1）PAN原絲質(zhì)量不過關，碳纖來源大部分依賴進口。我國的睛綸原絲存在著毛絲、并絲、斷絲等問題, 原絲的強度、純度、取向度、細旦化及值還未達7 / 14到先進國家的水平, 而美國、日本等賣給我國的碳纖絕不允許用于軍工、航天航空等領域, 僅限于生產(chǎn)文體用品, 且產(chǎn)品大部分外銷, 因而嚴重地制約了我國碳纖維應用領域的開拓原絲質(zhì)量是影響碳纖質(zhì)量的關鍵。（2）設備落后。因此引進國際先進設備或自主研發(fā)是關鍵。因此，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模降低成本，才能具有更強的競爭力。在此向李曉生老師表示深深的感謝和崇高的敬意。通過這次設計加強了對自身專業(yè)知識的掌握能力。參考文獻[1] 熊家炯. 材料設計. 天津：天津大學出版社，2022[2] 趙九蓬等主編. 新型功能材料設計與制備工藝. 北京：化學工業(yè)出版社，2022[3] . 碳纖維技術進展及應用前景. 國外建材科技. 2022 年，24 卷（3 期）：4344[4] 世界碳纖維前途光明. 年 5 期：2728[5] . 碳纖維—一種高性能的新興工業(yè)材料. 福建輕紡.2022 年 11 月第 11 期(總第 138 期)：14[6] 碳纖維發(fā)展狀況. 年 2 期：2833
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