碳纤维复合材料的种类与发展现状

  碳纤维复合材料(CFRP)是以树脂为基体,碳纤维为增强体的复合材料。碳纤维具有碳材料的固有本征特性,又有纺织纤维的柔软可加工性,是新一代军民两用的增强纤维,其优异的综合性能是任何单一材料无与伦比的。碳纤维按照原丝类型可分为:聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维等。

  聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产、预氧化和原丝碳化三个过程。首先加工聚丙烯腈纤维,然后将这些原丝进行预氧化,接着进行碳化等工序制成碳纤维。由于聚丙烯腈碳纤维碳化收率较高,且得到的碳纤维产品性能优良,占据了碳纤维市场的95%以上。目前,生产高强、高模碳纤维的主要来源是PAN碳纤维。

  沥青基碳纤维由于具有原材料丰富和成本低廉的优点,在民用碳纤维领域有着良好的发展前景,法国开发了具有高耐热性和高导电性的中间相沥青基碳纤维,波兰开发了一种金属包覆碳纤维新方法。沥青基碳纤维的生产能力在世界上是比较小的,国内沥青基碳纤维的研究和开发较早,但是,与国外相比,开发、生产和应用还存在较大差距。

  粘胶基碳纤维是指以纤维素环状结构为主要构成的纤维经过碳化等步骤后得到的碳纤维材料,与聚丙烯腈基碳纖维不同的是,由于纤维本身具有环状结构,不需要进行预氧化,可以直接碳化。由于粘胶中还有大量的H、O原子,所以其理论收率仅为55%,实际产率则更低,且粘胶基纤维的强度较差,但是由于其优秀的瞬间耐烧蚀性能,可以用作火箭的内衬材料。

 

  阅读延伸:《碳纤维复合材料的综合性能表现分析