我国碳纤维的发展及现状分析(4)

我国碳纤维的发展及现状分析

强度2500MPa以上；中弹性率碳纤维(IM类型)，弹性率280GPa～350GPa，强度3500MPa以上；标准弹性率类型碳纤维(HT类型)，弹性率200GPa～280GPa，强度2500MPa以上；低弹性率碳纤维(LM类型)，弹性率200GPa以下，强度3500MPa以下。 碳纤维特点及性质 碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在35000MPa以上，是钢的7.9倍，抗拉弹性模量为230000MPa～430000MPa，高于钢。因此CFRP的比强度，即材料的强度与其密度之比可达到20000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为590MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，构件自重愈小；比模量愈高，构件的刚度愈大。从这个意义上已预示了碳纤维在工程上的广阔应用前景。纵观多种新兴复合材料，如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料的优异性能，众多专家预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。 PAN碳纤维及其复合材料具有以下特征：机械特性，与金属相比，密度小，质轻；模量高，高刚性；强度高；疲劳强度高；耐磨耗性、润滑性优良；振动衰减性优良；耐热性、安定性，热膨胀系数小，尺寸稳定性好；具有导热性；在惰性气体中耐热性优良；电传导及电磁波屏蔽性，具有导电性；具有电磁波屏蔽性；X射线透过性优良；属多种导性材料，针对其目的可设计出适当的结构体。 2007年，日本主要碳纤维生产商东丽公司与日产汽车等企业联手开发出了使用碳纤维的尖端材料，可大幅减轻汽车主要部件，如底盘的重量。新技术可使汽车整体重量减轻1成，提高燃效性能4%～5%。另外，耐冲击性可达到原来的1.5倍。这些厂家计划3年后在市售车上应用此新技术。在全球为减排温室气体而强化燃效规定的背景下，这一新技术有望加快以钢铁为主的汽车原材料的转变。 底盘是汽车底部的骨架，是与发动机等同等重要的基础部件。此前，曾在将发动机的动力传导给车轮的传动轴上采用过碳纤维。如果新技术达到实用水平，则是首次在汽车主要部件上采用碳纤维。以高级乘用车为例，目前的钢铁底盘重量约达300kg，如果改用碳纤维与树脂合成的碳纤维强化塑料，则可降低到150kg左右，1.5t左右的汽车总重量由此可减轻1成。另外，在发生碰撞事故时，底盘会发生变形，从而吸收冲击力。假定在时速60km下发生碰撞事故，底盘的能量吸收量可提高到

1.5倍，从而可减轻人体所受的冲击。 碳纤维的应用 碳纤维是含碳量高于90%的纤维的总称，因含碳量高而得名。碳纤维既具有元素碳的各种优良性能，如比重小、耐热、耐热冲击，耐化学腐蚀和导电等，又有纤维的可绕性和优异的力学性能。特别是它的比强度和比模量高，在绝氧条件下，可耐2000℃的高温，是一种重要的工业用纤维材料，适用于作增强复合材料、烧蚀材料和绝热材料。它是20世纪60年代初发展起来的一种新型材料，现已成为现代社会不可缺少的一种新颖材料。 休闲产品中，最早应用PAN碳纤维的是钓鱼竿。现在世界上碳纤维钓鱼竿的年生产量为1200万根左右，相当于碳纤维用量约1200吨。碳纤维在高尔夫球杆的应用是于1972年开始的，现在世界上碳纤维高尔夫球杆的年生产量约4000万根左右，相当于2000吨碳纤维的用量。网球拍的应用是从1974年开始的，目前世界上年生产碳纤维球拍约450万个，需碳纤维用量约500吨。在其他方面，碳纤维还广泛应用于滑雪板、雪船、滑雪杆、棒球棒、公路赛以及船舶类体育用品。 人们认识到了碳纤维轻量化、耐疲劳性和耐腐蚀性等性能，因而开始广泛应用于航空航天行业。在宇航领域，由于高模量碳纤维的轻量性、尺寸稳定性的导热性，早已应用于人造卫星等方面，近年来已开始应用于铱星等通信卫星。 造型复合物主要是以短纤维的形式混入用于热塑性树脂中，由于具有补强、抗静电、电磁波屏蔽效果，可广泛应用于家用电器、办公室机器、半导体及其相关领域。 压力容器主要用在压缩罐和消防员用的空气呼吸器，包括用CF长丝缠绕所生产的所有罐类。其他燃料容器，如CNG罐，若采用以往的金属制造是很重的，为了使其运行距离加长，必须轻量化。因此，采用金属加上纤维缠绕或塑料衬里的全复合材料容器正进行实用化生产应用。空气呼吸器是去年在美国受到DOT认定的CF制品，今后