2024年3月26日发(作者：)

碳纤维复合材料

碳纤维的研究现状与发展

摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，

含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。

关键词：碳纤维复合材料性能与应用

正文

一、碳纤维的性能

1.1分类

根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝

纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模

量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业

级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展

为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。

1.2性能

碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度

的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大

4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下

降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C

时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在

3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸

性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、

吸收有毒气体和使中子减速等特性。

通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合

材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，

已在现代工业领域得到了广泛应用。

1.3应用领域

由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用

于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维

在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防

静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有

出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常

是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴

在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固

钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增

强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻

质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，

工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束

裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结