碳纖維材料的性能及應用

摘 要：文章闡述了碳纖維材料的國內外發(fā)展現狀，論述了碳纖維材料的分類特性和功能特性。同時，著重介紹了碳纖維材料在航空、體育等行業(yè)中的應用，并展望了其發(fā)展前景。

關鍵詞：碳纖維材料；性能；應用；前景

1 前言

碳纖維主要成分為碳元素，是一種特種纖維，其分子結構界于石墨與金剛石，含碳體積分數一般在0.9以上[1]。碳纖維的優(yōu)點是質量輕、抗拉強度高，同時具有耐高溫、耐摩擦、導電、導熱、膨脹系數小等優(yōu)點。碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合后，形成碳纖維復合材料，也具有高的比強度、比模量、耐疲勞、導熱、導電等[2]，這些優(yōu)良的綜合性能，使得碳纖維材料在現代工業(yè)方面應用非常廣泛。

2 發(fā)展歷史及國內外發(fā)展現狀

美國于20世紀50年代開始研究粘膠基碳纖維，1959年生產出了粘膠基纖維，這是最早的碳纖維產品。同一年，日本發(fā)明了制造碳纖維的新方法，即用聚丙烯腈基原絲制造碳纖維材料。之后，英國皇家航空研究院的研究工作，使聚丙烯腈基碳纖維成為碳纖維工業(yè)的主流。20世紀70年代中期，美國聯合碳化公司研發(fā)了高性能瀝青基碳纖維。同時，日本東麗公司于20世紀70年代初期，開始生產釣魚桿和高爾夫球棒。1974年，美國把碳纖維用于網球和羽毛球拍，實現了碳纖維增強塑料化。20世紀80年代，碳纖維廣泛用于客機、航天飛機和人造衛(wèi)星。隨著社會和科學技術的發(fā)展，碳纖維的需求量以大約13%的速度逐年遞增[3]。

我國在意識到碳纖維對軍工和民用的價值后，于1975年召開全國第一次碳纖維復合材料會議，將碳纖維及其復合材料納入國家科技攻關項目。……