广东工业大学：《聚合物基复合材料》课程教学资源（课件讲稿）第二章 增强材料 2.2 碳纤维 2.3 芳纶纤维 2.4 玄武岩纤维

2.2碳纤维 本节主要内容 2.2.1碳纤维的分类 2.2.2碳纤维的制造 2.2.3碳纤维的结构性能 2.2.4碳纤维制品的生产工艺 2.2.5碳纤维制品的性能

1 本节主要内容 2.2.1 碳纤维的分类 2.2.2 碳纤维的制造 2.2.3 碳纤维的结构性能 2.2.4 碳纤维制品的生产工艺 2.2.5 碳纤维制品的性能 2.2 碳纤维

会飞的悬浮自行车 Orones that hold people?Hoverbikes come to Detroit auto Show 在底特律车展上，日本公司AERWINS Technologies 带来了一款飞行自行车“XTurismo,可在距离地面 2.4米的高度上飞行，充满电和燃料能飞行约40分钟， 最高时速可达100kmh。 2

会飞的悬浮自行车 2 在底特律车展上,日本公司AERWINS Technologies 带来了一款飞行自行车“XTurismo”, 可在距离地面 2.4米的高度上飞行，充满电和燃料能飞行约40分钟， 最高时速可达100km/h

XTurismo整体重量大约300kg,车身由大量 碳纤维部件构成，目的是为了减轻重量，普通 的成年人都可以驾驶~ XTurismo已在日本上市，并计划2023年推出 更小体型，全球限量200辆，预售价约人民币 540万元！ “人生新目标：努力赚钱买辆 自行车

XTurismo整体重量大约300kg，车身由大量 碳纤维部件构成，目的是为了减轻重量，普通 的成年人都可以驾驶~ XTurismo已在日本上市，并计划2023年推出 更小体型，全球限量200辆，预售价约人民币 540万元！ 3 “人生新目标：努力赚钱买辆 自行车

性能特点 简介 强度高 抗拉强度在3,500MPa以上 模量高 弹性模量在230GPa以上 密度是钢的1/4，是铝合金的1/2 密度小，比强度高 比强度比钢大16倍，比铝合金大12倍 耐超高温 在非氧化气氛条件下，可在2,000℃时使用，在3,000℃的高 温下部熔融软化 耐低温 在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有弹性 耐酸、耐油、耐腐蚀 能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金， 同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能 热膨胀系数小，导热系数大 可以耐急冷急热，即使从3,000℃的高温突然降到室温也不会 炸裂 资料来源：《高科技纤维与应用》 ▲碳纤维主要性能特点

2.2.1碳纤维分类 碳纤维可根据原丝的类型、碳纤维的性能、用途 以及纤维外观进行分类。 ■聚丙烯腈基碳纤维 ■粘胶基碳纤维 ■聚丙烯腈基碳纤维 原丝类型 ·沥青基碳纤维 ·木质素纤维基碳纤维 ■沥青基碳纤维布 ■其它有机纤维类（各种天然纤维， ■再生纤维缩合多环芳香族等)

▪聚丙烯腈基碳纤维 ▪ 碳纤维可根据原丝的类型、碳纤维的性能、用途 以及纤维外观进行分类。 ▪原丝类型 ▪聚丙烯腈基碳纤维 ▪粘胶基碳纤维 ▪沥青基碳纤维 ▪木质素纤维基碳纤维 ▪其它有机纤维类（各种天然纤维， ▪再生纤维缩合多环芳香族等） ▪沥青基碳纤维布 2.2.1 碳纤维分类

碳纤维：碳化温度12001500C,碳含量 95%以上0 按制 石墨纤维：石墨化温度2000C以上， 碳含 量99%以上。 造条 件和 活性碳纤维：气体活化法，CF在 600~1200℃，用水蒸汽、C02 方法 空气等活化。 分类 气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有 机物在高温下沉积成纤维一 晶须或短纤维

按制 造条 件和 方法 分类 碳纤维：碳化温度1200~1500oC，碳含量 95％以上。 石墨纤维：石墨化温度2000oC以上，碳含 量99％以上。 活性碳纤维：气体活化法，CF在 600~1200oC，用水蒸汽、CO2、 空气等活化。 气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有 机物在高温下沉积成纤维－ 晶须或短纤维

■高性能碳纤维 ■高强度HS)，超高强度VH$), ■性能分类 ■高模量(HM),中模量(MM) ■低性能碳纤维 耐火纤维，碳质纤维，石墨纤维等 ■受力结构用碳纤维 ·耐焰碳纤维 功能分类 ■活性碳纤维（吸附活性） ■导电用碳纤维 ■润滑用碳纤维 ·耐磨用碳纤维

▪性能分类 ▪高性能碳纤维 ▪高强度(HS)，超高强度(VHS)， ▪高模量(HM)，中模量（MM) ▪低性能碳纤维 ▪耐火纤维，碳质纤维，石墨纤维等 ▪受力结构用碳纤维 ▪耐焰碳纤维 ▪活性碳纤维（吸附活性） ▪导电用碳纤维 ▪润滑用碳纤维 ▪耐磨用碳纤维 ▪功能分类

短纤维短切碳纤维和碳毡 ■长纤维碳纤维长度可达几千米 ·二（双）向织物 ·纤维 ■布的叠层结构将碳布折叠成一定的长、宽、 外观 的形状 ■扭绳或编织绳将数束单丝纤维合并成小股， 以数股或数十股进行扭编或编织，可制成粗 细不等的圆形或方形绳。 ·三向织物和多向织物 4D织物结构示意图

▪纤维 外观 ▪短纤维 短切碳纤维和碳毡 ▪长纤维 碳纤维长度可达几千米 ▪二（双）向织物 ▪布的叠层结构 将碳布折叠成一定的长、宽、高 的形状 ▪扭绳或编织绳 将数束单丝纤维合并成小股， 以数股或数十股进行扭编或编织，可制成粗 细不等的圆形或方形绳。 ▪三向织物和多向织物 ▪ 长 纤 维 ▪短纤维

2.2.2 碳纤维的制造 碳纤维(C)是一种以碳为主要成分的纤维状材 料。它不同于有机纤维或无机纤维，不能用熔 融法或溶液法直接纺丝，只能以有机物为原料， 间接荆造：即气相法和有机纤维炭化法。 般以有机纤维为原料制造CF的过程： 有机纤维 → 预氧化处理一高温碳化 原丝

9 2.2.2 碳纤维的制造 碳纤维(CF)是一种以碳为主要成分的纤维状材 料。它不同于有机纤维或无机纤维，不能用熔 融法或溶液法直接纺丝，只能以有机物为原料， 间接制造：即气相法和有机纤维碳化法。 一般以有机纤维为原料制造CF的过程： 有机纤维 预氧化处理 高温碳化 原丝

(1) 以粘胶纤维为原料制造C CH2OH 分子式(C6 HioOs)n 纤维素的分子结构式 粘胶纤维由于具有环状分子结构，所以可 以直接进行碳化或石墨化处理，加热不会熔融， 不需予氧化处理进行环化

（1）以粘胶纤维为原料制造CF CH2OH O OH OH O CH2OH OH OH O O 纤维素的分子结构式 分子式 (C6H10O5 )n ▪ 粘胶纤维由于具有环状分子结构，所以可 以直接进行碳化或石墨化处理，加热不会熔融， 不需予氧化处理进行环化