碳纤维的性能与应用系别：食品化工系专业纺织品检验与贸易班级：级纺检学生姓名：指导教师：完成日期：碳纤维的性能与应用第1页共19 页河南质量工程职业学院毕业设计（论文）任务书碳纤维的性能与应用第2页共19 页目录摘要 (3)Abstract (4)绪论 (5)1 碳纤维的定义及其分类 (6)1.1 什么是碳纤维 (6)1.2 分类 (6)2 碳纤维的制造 (6)3 碳纤维的性能 (7)3.1 碳纤维的优良特性 (7)3.1.1 在纤维轴向方向显示高抗拉强度和高弹性模量 (7)3.1.2 密度小 (7)3.1.3 纤维细 (7)3.1.4 不生锈、耐腐蚀 (7)3.1.5 即耐低温,又耐高温 (7)3.1.6 耐温度骤变，热膨胀系数小 (8)3.1.7 常温下导热性能良好，高温下导热性能低 (8)3.1.8 突出的导电性能 (8)3.1.9 优良的吸附性能 (8)3.1.10 具有耐辐射，能反射中子等特性 (9)3.2 碳纤维的缺点 (9)3.2.1 比较脆，怕受压和剪切 (9)3.2.2 抗氧化性差 (9)3.2.3 破坏前无预报 (9)4 碳纤维的应用 (10)4.1 碳丝 (10)4.2 碳纤维毡和碳素短纤维 (10)4.3 碳纤维织物 (10)4.4 活性炭碳纤维 (10)5 碳纤维的发展前景 (10)6结论 (11)参考文献 (12)致谢 (13)碳纤维的性能与应用摘要碳纤维是一种新型材料，本文主要阐述了碳纤维的分类、生产制造等，碳纤维的高强度、高模量、耐高温等主要特性，及在各行业中的应用，并对其近年来的市场前景的展望，使人们对其有一定的了解。

（可以说的详细些，让别人看了摘要就知道你本篇论文写了那些东西）关键词：新型碳纤维应用第3页共19 页碳纤维的性能与应用AbstractCarbon fiber is a new type of material, this paper describes the high-strength carbon fiber, high modulus, high temperature and other major features, and in the industry, and in recent years, the market outlook is for people to have their A certain degree of understanding.Key words: New Carbon Fiber Apply第4页共19 页碳纤维的性能与应用绪论1897年爱迪生通过纤维素的炭化，在不破坏纤维素结构的情况下，第一次制造出碳丝，并把其用作电灯泡的炽热灯丝。

由于碳纤维有一定的缺点，限于当时技术条件的限制，未能制造出体现碳纤维更多优良特性的产品，至使碳纤维冷落一时。

碳纤维的研制并实现工业化生产，始于，20世纪50年代，1996年全世界碳纤维总产量一达到1700t。

其中聚丙烯氰基纤维占85%，其余是沥青基纤维，由于聚丙烯氰基纤维作原料，其生产工艺比较简单，产品力学性能优良，因此得到了大力发展；沥青基纤维由于原料丰富，价格便宜，在民用工业方面获得很好的推广使用。

第5页共19 页碳纤维的性能与应用1 碳纤维的定义及其分类1.1 什么是碳纤维碳纤维（carbon fibre）是指纤维的化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维。

是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型的纤维状的碳材料，它是用一些含碳的有机纤维，如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等做原料，将这些有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气氛中，在一定的压强下加强热碳化而成。

它具有高强轻质、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等诸多优点。

碳纤维是一种具有导电性、强度大、密度小，耐腐蚀、耐高温的新型材料1.2 分类按制作原料分：1、纤维素基（人造丝基）2、聚丙烯氰基3、沥青基（各向同性、各向导性中间相）按制造方法和条件分：1、碳纤维（炭化温度在800~1600℃时得到的碳纤维）2、石墨纤维（炭化温度在2000~3000℃时得到的碳纤维）3、活性炭纤维4、气象生长纤维按性能分：1、一般型（GP，在通电部件、耐热隔热体、滑动部分、耐腐蚀材料等领域使用一般型。

）2、高性能型（HP，其中高性能型分为高强型及高模型，通常大多数应用领域使用高性能型）在通电部件、耐热隔热体、滑动部分、耐腐蚀材料等领域使用一般型。

按状态分：1、长丝、2、短纤维3、短切纤维把格式调整齐。

2 碳纤维的制造碳纤维是不能用碳作原料制造的，工业上制造碳纤维是以有机纤维作原料，在没有氧气的情况下经过高温处理转化而形成的。

通常用以下几种方法制得。

2.1用纤维素制造碳纤维，一般是以人造丝做原料。

2.2用聚丙烯氰纤维制造碳纤维，以纯粹的丙烯氰聚合而成，再经过特殊工艺得到连续纤维作原料。

第6页共19 页碳纤维的性能与应用3 碳纤维的性能3.1 碳纤维的优良特性3.1.1 在纤维轴向方向显示高抗拉强度和高弹性模量强度和弹性模量是衡量材料坚固程度的两个重要的力学指标。

高强度的碳纤维的抗拉强度可达到3000—4000Mpa要比钢大4倍多。

3.1.2 密度小碳纤维密度只比一般塑料大一点。

碳纤维的密度是铝合金的1／2，还不到钢铁的1／4，由于碳纤维的比强度和比弹性模量特别高，所以对那些要求全面减轻自重的物体，如宇航用品、交通用品、体育比赛用品就有更大的意义。

（比强度比钢铁大16倍，比铝合金大12倍。

）3.1.3 纤维细碳纤维的外表很平凡，粗看起来像人的头发，但比人的头发要细的多，将几十根碳纤维合在一起才与人的头发一样粗细，碳纤维的线密度可达0.05tex。

3.1.4 不生锈、耐腐蚀碳纤维不生锈，耐腐蚀，其耐腐蚀性能远优于不锈钢。

除了质量分数大于75%的硝酸和硫酸外，盐酸、硝酸、硫酸和一些有机溶剂腐蚀不了碳纤维。

把碳纤维放在一些酸液中，200d后测量其弹性模量、强度和直径的变化，发现在质量分数为50%的盐酸、硫酸和磷酸中，没有明显变化。

在质量分数为50%的硝酸中只是稍有膨胀。

再“王水”中碳纤维性能不变。

3.1.5 即耐低温,又耐高温在-180℃的低温下，许多材料都变的佷脆，连平时很坚固的钢铁也会变得比普通玻璃还易破碎。

而石墨纤维布在这么低的温度下却依旧很柔软。

在3000—4000℃的高温下，绝大多数的耐火材料都会立即融化，但是在没有氧气的情况下，碳纤维在这样的高温下也是巍然不动。

一般材料的强度随着温度的升高都要大幅度降低，但碳材料却是唯一的一种在高温下随着温度升高而强度增大的材料。

理论上，随着温度的升高，在2500℃时，碳纤维的强度不仅不降低反而比室温的强度还要提高一倍。

然而在现有的实际操作下，碳纤维随着温度升高而强度并不增加。

但在第7页共19 页碳纤维的性能与应用2000℃以上的高温下，碳纤维的强度和弹性模量却仍能基本保持。

因此，碳纤维的耐高温性能还是远远超过了一般材料，碳纤维的升华温度高达3650℃.3.1.6 耐温度骤变，热膨胀系数小一般材料都有热胀冷缩现象，物理学上用线膨胀系数表示材料在每升高1℃后长度变化的大小，线膨胀系数越大，热胀冷缩现象愈明显。

碳纤维的耐骤冷骤热性能很好，其制品即使从3000℃的高温一下子猛降到室温也不会炸裂。

因为它的线膨胀系数很低。

碳纤维受到温度变化时，它的长度方向上不是热胀冷缩，而是热缩冷张，他的膨胀系数是个负数。

因此碳纤维及其和某些塑料、金属做成的复合材料，可以用来制造精密仪器、精密量具和精密机车零件，即使在温度变化较大的环境中使用，它们也还能保持高度的精确性。

3.1.7 常温下导热性能良好，高温下导热性能低导热性是材料传导热量能力大小的一个物理性能指标。

碳纤维在常温下，导热性能较好，但它随着温度的变化而变化。

随着温度的升高，碳纤维的导热性逐渐变低，在2000℃以上的高温下，它的导热性要比在常温时低五、六倍。

同时碳纤维的高温导热性能比其他材料也要低得多。

因此，碳纤维是一种很好的高温隔热材料，可以用于火箭、真空电炉外壳。

3.1.8 突出的导电性能电池中的碳棒，各种各样的石墨电极都是很好的导电体，碳纤维的材质同它们一样，只是比它们细的多罢了。

碳纤维由于是纤细的纤维结构，所以它的材质又与织物的性质有联系，碳纤维制成的碳线、碳布具有柔软性，可以做成柔软的“电阻丝”，用在一些特殊的环境中，它们的电阻值可以通过制造过程中控制碳化温度来调节。

所以电阻值能调节的很高，使需要的电流相当微小，有利于接线的设计。

同时，这种柔软的电阻丝在运行中不会变脆，不会产生局部过热，是一种电阻加热最有前途的新材料。

3.1.9 优良的吸附性能用多孔的原料纤维制得的碳纤维，或普通碳纤维在蒸汽气流中加热到800℃处理后得到碳纤维，都具有比其他材料优异的吸附性能。

这种材料具有巨大的表面积，而且表面上的碳原子处于“活化”状态，很容易与其他化学物质结合。

这种多孔活性炭碳纤维与目前工业上广泛应用的吸附材料——颗粒活性炭相比较，无论从通气、透水性吸附能力和吸附速度等性能方面，都远远超过了颗粒活性炭。

他的通气阻力仅为后者的1／5~1／2，吸附有机溶剂、硫的氧化物和氮的氧化物等有害气体的能力为后者的1.5~2倍多。

多孔碳纤维在粉末状和颗粒状活性炭未能发挥作用的地方，如在造纸厂和石油化工厂净化等方面，可以得到广泛的应用，特别是对硫醇的吸附量可以提高到40~50倍。

这样，一张5mm厚的多孔碳纤维纸就能起到20-100mm厚的颗粒状活性炭的作用。

而且，活性炭纤维对质量分数低于10×10-6的痕量污染物也具有很大的吸附能力。

其表现为：一是吸附速度快。

把活性炭和活性炭碳纤维做成同样后的吸附层，若以出口质量分数达10第8页共19 页碳纤维的性能与应用×10-6作为穿透的话，那么粒状活性炭的吸附层几分钟就穿透了，而活性炭碳纤维的吸附层可达100min。

二是脱吸附速度快。

对某些气态物质，6d内活性炭碳纤维可以在20min 内完全去除，而活性炭在40min内才能脱去50%。

这种多孔活性炭碳纤维可以制成丝线、织品和毡，所以使用起来特别方便。

此外，由于这种材料的耐热性和耐化学腐蚀性能良好，因此在吸附量饱和后，只要溶剂和药剂把它洗净后即可反复使用。

一般经过20次再生处理后，其性能仍能保持不变。

所以这也是一种高效、耐用的新型吸附材料。

3.1.10 具有耐辐射，能反射中子等特性3.2 碳纤维的缺点3.2.1 比较脆，怕受压和剪切碳纤维随能承受大的轴向拉力，但比较脆。

碳纤维受力或受到与纤维轴向成斜角的切力时，它并不比其他材料表现得更好，碳纤维尤其害怕“打结”、“急拐弯”，一束碳纤维很难被拉断，但只要打个环扣，轻轻一拉就断。