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FAQ

FAQ

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-什么是碳纤维

碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A,各平行层面间的各个碳原子,排列不如石墨那样规整,层与层之间借范德华力连接在一起。通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。

 

-碳纤维的优势

碳纤维具有许多优良性能,碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。碳纤维与传统的玻璃纤维相比,杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比,杨氏模量是其2倍左右,在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性突出。

 

-碳纤维的种类

碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维;按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。强度大于4000兆帕的又称为超高强型;模量大于450G帕的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高伸型碳纤维,其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开,人们还不能直接用碳或石墨来制取,只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料,将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。

 

-我国的碳纤维发展

中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,安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年PAN基碳纤维,使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。从2000年开始中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。利用自主技术研制的少数国产T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长,碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持。2005年全球碳纤维市场仅为9亿美元,而2013年达到100亿美元,预计到2022年有望达到400亿美元,碳纤维复合材料的应用也将进入全新的时代。中国碳纤维产业化采取自主开发和引进相结合的道路,到“十一五“末期基本实现了相当于日本T300的国产碳纤维规模生产线,并且有一些企业已形成了T700以上水平的百吨生产线。2011年中国碳纤维市场规模达到6811吨,然而,受供应不足的影响,国内碳纤维市场发展相对较为缓慢,预计未来几年,随着供应量的提升,中国碳纤维行业的需求量也将保持着较快速度的增长。技术的落后直接导致中国碳纤维产品质量与进口产品之间的明显差距,也极大地限制了国产碳纤维产品在高端领域的应用。有数据显示,中国碳纤维产品在应用上集中于低端领域,在碳纤维质量要求较高的航空航天领域的应用比例仅为3%,远远没达到国际上碳纤维行业在航空航天领域应用占比的平均水平;而在质量要求相对较低的运动休闲用品领域,碳纤维的应用比例却高达80%左右,四倍于国际上碳纤维在运动休闲用品领域应用的平均水平。但国产碳纤维落后的技术却制约着中国碳纤维行业健康稳健发展。中国高性能碳纤维都依赖进口,日本的碳纤维产量更是占全球市场份额的60%。2016年2月15日,中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。

 

-碳纤维的应用领域

碳纤维是发展国防军工与国民经济的重要战略物资,属于技术密集型的关键材料,随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究,使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐普及。在当今世界高速工业化的大背景下,碳纤维用途正趋向多样化。碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、 汽车、 电子、 机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料、球棒等体育领域以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。