碳纖維論文

1、長春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計(jì)概論結(jié)業(yè)論文第1頁共7頁論述碳纖維的制造技術(shù)及在航天發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用論述碳纖維的制造技術(shù)及在航天發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用王曉剛王曉剛200905731.摘要摘要:碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材，在過去的二三十年里得到廣泛的研究。其含碳量在90%以上，與其它高性能纖維相比具有最高比強(qiáng)度和最高比模量。特別是在2000℃以上高溫惰性環(huán)境中，是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)。此外，其還兼具其他多種得天獨(dú)厚的優(yōu)良性能：低密度、高升華熱、耐高溫、耐腐

2、蝕、耐摩擦、抗疲勞、高震動衰減性、低熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性、紡織加工性均優(yōu)良等。因此，碳纖維復(fù)合材料也同樣具有其它復(fù)合材料無法比擬的優(yōu)良性能，被應(yīng)用于軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，在航空航天領(lǐng)域的光輝業(yè)績，尤為世人所矚目。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:碳纖維制造航天領(lǐng)域應(yīng)用2.2.碳纖維的制造碳纖維的制造2.12.1發(fā)展歷程發(fā)展歷程碳纖維主要是由瀝青、人造絲和聚丙烯腈為主要原料而制造的，目前結(jié)構(gòu)材料中主要使用PAN碳纖維。1950年，美國Wri

3、ghtPatterson空軍基地開始研制粘膠基碳纖維。1959年，最早上市的粘膠基碳纖維Thnel25就是美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)的產(chǎn)品。與此同時(shí)，日本研究人員也在1959年發(fā)明了用聚丙烯腈(PAN)基原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國皇家航空研究院開發(fā)出了制造高性能PAN基碳纖維的技術(shù)流程，使其發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨溃琍AN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%左右。20世紀(jì)70年代中期，UCC在美國空軍和海軍

4、的資金支持下，研發(fā)高性能中間相瀝青基碳纖維；1975年研發(fā)成功ThnelP55(P55)，在1980～1982年之間，又研發(fā)成功P75、P100和P120，年產(chǎn)量為230t。P120的模最高達(dá)965GPa，是理論值的94%，熱導(dǎo)率是銅的1.6倍，線膨脹系數(shù)僅為1.33106K，且在375℃空氣中加熱1000h僅失重0.3%~1.0%，顯示出優(yōu)異的抗氧化性能。它們已廣泛用于火箭噴管、導(dǎo)彈鼻錐、衛(wèi)星構(gòu)件、艦艇材料等方面。在20世紀(jì)80年代早

5、期，碳纖維開始被廣泛地用在客機(jī)和航空飛行器上作為結(jié)構(gòu)材料，主要在歐洲和北美進(jìn)行應(yīng)用。然后，人們提高了對碳纖維的認(rèn)識，開始把它當(dāng)成一種高質(zhì)量的材料，并在20世紀(jì)80年代中期得到了飛速的增長在80年代中期，歐洲空客公司開始將CFRP(碳纖維增強(qiáng)塑料)作為首要的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在飛機(jī)上，而且，隨著在網(wǎng)球和新的體育項(xiàng)目的應(yīng)用，碳纖維市場得到了穩(wěn)步的擴(kuò)展。長春工業(yè)大學(xué)材料設(shè)計(jì)概論結(jié)業(yè)論文第3頁共7頁2.32.3瀝青基碳纖維瀝青基碳纖維瀝青基碳纖維是僅

6、次于PAN積極的第二原料路線，分為通用級低性能瀝青基碳纖維和高模量瀝青基碳纖維。瀝青基碳纖維的優(yōu)勢為生產(chǎn)成本低、市場價(jià)格低廉。瀝青基碳纖維的制備過程包括原料瀝青的精制、瀝青的調(diào)制、瀝青碳纖維的制取、預(yù)氧化處理、碳化和石墨化處理、后處理等步驟，其工藝步驟如圖2所示。圖2瀝青基碳纖維工藝流程圖原料瀝青的精制主要是除去瀝青中的氧，特別是焦油瀝青中含有的游離炭和其它固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在紡絲過程中可能堵塞紡絲孔，而殘留在纖維中的細(xì)小顆粒則是碳纖維

7、斷裂的根源。精制過程是原料瀝青中加入一定量的溶劑，如苯和喹啉，然后加熱到100℃以上，用不銹鋼網(wǎng)或耐熱玻璃纖維等進(jìn)行過濾，過濾必須在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，以防止瀝青的氧化。接下來的瀝青調(diào)制過程是通過瀝青的熱縮聚、加氫預(yù)處理、溶劑萃取的方法制取可紡瀝青，目的是除去瀝青中的輕組分。這些輕組分是紡絲過程中氣泡產(chǎn)生的根源，會造成絲的斷裂；另一目的是提高瀝青軟化點(diǎn)，使相對分子質(zhì)量分布均勻。與PAN基碳纖維不同，可紡瀝青在極短的時(shí)間內(nèi)固化后就不能在進(jìn)行拉