复合材料制新技术课程论文
碳纤维及其复合材料研究进展
摘要：本文简述了碳纤维的基本特性及其制造方法，并阐述了不同基体碳纤摘要维增强复合材料的性能与制备工艺，以及当前碳纤维增强复合材料的研究应用现状，并展望其未来的发展方向。关键词：碳纤维结构与性能增强复合材料关键词
碳纤维（carbo
fiber）它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维GF相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维KF49相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。碳纤维作为一种高性能纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。此外，还具有纤维的柔曲性和可编性。碳纤维既可用作结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速。
碳纤维的结构、1碳纤维的结构、特性以及分类
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。其是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维是纤维状的碳材料由有机纤维原丝在1000℃以上的高温下碳化形成，且含碳量在90以上的高性能纤维材料。碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺但无论用哪种材料碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向。用x射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构，而是属于乱层石墨结构，如图11。构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格，由层晶格组成层平面。在层
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平面内的碳原子以强的共价键相连，其键长为01421
m；在层平面之间则由弱的范德华力相连层间距在03360344
m之间；层与层之间碳原子没有规则的固定位置，因而层片边缘参差不齐。处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同。层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的，键能高，反应活性低；r