现代碳纤维工业化的路线是前驱纤维炭化工艺法,所用3种原料纤维的组成、碳含量等见表。制造碳纤维用的原纤维名 称化学组分碳含量/%碳纤维收率/%黏胶纤维(C6H10O5)n4521~35聚丙烯腈纤维(C3H3N)n6840~55沥青纤维C,H9580~90采用这3种原纤维制造炭纤维的流程都包括:稳定化处理(在200~400℃空气,或用耐燃试剂等化学处理),碳化(400~1400℃,氮气)和石墨化(1800℃以上,氩气气氛下)。为了提高炭纤维与复合材料基质的粘接性能需进行表面处理、上浆、干燥等工序。
分类及命名,现在碳纤维的主要产品有聚丙烯腈基,沥青基及黏胶基3大类,每一类产品又因原纤维种类、工艺及终碳纤维性能等不同,又分成许多品种。“碳纤维”一词实际上是多种碳纤维的总称,因此分类及命名就十分重要。
及性能炭纤维已问世,预料今后工作将致力于完善工艺、扩大生产、降低成本和开发应用。一些特种碳纤维,如抗氧化碳纤维(以提高复合材料的使用温度)、低纤度碳纤维(做0.035 mm超薄型预浸带用)、高导热低电阻碳纤维(以满足屏蔽电磁、射频干扰用。
碳纤维复合材料是指以碳纤维为增强体,树脂、金属、陶瓷等为基体的复合材料的总称。碳纤维复合材料自20世纪50年代面世以来,因其特的性能,主要用于火箭、航天、航空等科学技术,随着碳纤维复合材料性能的不断完善和提高,目前在航空航天、石油化工、交通运输、土木工程、风力发电、体育产品等领域得到广泛应用。航空工业较早大量采用碳纤维复合材料,碳纤维复合材料能够减轻机身重量,同时具备耐腐蚀、抗疲劳等优良性能。
碳纤维复合材料是怎样发挥能效的?碳纤维复合材料是两种或以上不同的材料结合而成,用其截长补短的功能、加工方法及纤维排列方向,以发挥材料较大效能。碳纤维复合材料应用于工业设计及制造上之用途甚广,例如交通运输、飞行航空器材、运动甚至机械、土木建筑结构等各方面。
从总量来看,受益于下游需求的增长、国产化率的提高以及政策的支持,过去十年间国内碳纤维需求量的年化增长率达到14.22 ,且近年来始终维持较高的增长率,预计未来仍有望保持10以上的增长率。从结构来看,目前国内碳纤维主要应用于体育休闲与风电叶片,应用于航空航天领域的较少,预计未来国内碳纤维的应用领域将逐渐与国际趋于一致,随着飞机的更新换代以及以大型客机的商业化,碳纤维在航空航天领域占比将逐渐提升。