复 合 材 料 科 技 进 展.docx

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复合材料科技进展

复合材料科技进展

第一章复合材料发展概况和趋势

1.1复合材料发展简史

材料复合化是材料发展的必然趋势之一。

随着对材料的要求越来越高，单一材料的性能有时已经不能满足需要，因此人们把眼光投向了复合材料。

复合材料是继天然材料、加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。

复合材料的发展经历了以下阶段：

砖坯－漆器－混凝土－硫化橡胶－玻璃钢－特种纤维增强材料－金属基、陶瓷基复合材料.

远古时期，人们把草杆掺入黏土制成土坯，把麻布加入生漆制成漆器。

第一代复合材料的发展是以1942年的玻璃纤维强化树脂开始的，由于这种材料的比强度和比模量均超过了当时的钢材，所以倍受关注并迅速发展。

第二代复合材料：

为了进一步提高复合材料的性能，1960-1970年间研发了许多新型的纤维和晶须，如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及碳化硅晶须、氧化铝晶须等，用这些纤维或晶须做增强材料制成的复合材料当时被叫做先进复合材料。

第三代复合材料：

进入上世纪80年代，先进复合材料进一步发展，采用高模量高强度的纤维与金属基体或陶瓷基体复合，制成了一系列性能优异的先进复合材料，复合材料的发展进入了第三代。

复合材料的产量越来越大，已在建筑、交通运输、化工、船舶，通用机械和航空航天等领域广泛应用。

由于复合材料具有优异的性能，所以受到越来越多的重视，因而发展很快。

21世纪将进入复合材料的时代。

复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。

进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。

2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。

目前全球复合材料产量约为820万吨，其中中国达131.2万吨、占16%。

目前亚洲复合材料市场占世界复合材料总产值的36%（2006年总产值190亿欧元），预测未来10年亚洲复合材料市场年均以两位数增长，产值将会占到世界复合材料总产值的一半。

亚洲的复合材料经销商也以每年平均20%的速度增长，比世界其他地区的增长速度要快。

分析复合材料消费地区比例，仅以玻璃纤维为例，欧洲仍是最大的消费地区，用量占全球总用量的35%,用量较大的用途是管道、风力发电和储罐，欧洲市场需求巨大。

根据AVK（德国复合塑料联合会）提供的信息，欧洲复合材料产业在去年的平均增长率达5.6%。

德国的复合材料产量占整个欧洲的40%。

斯图加特曾经成功举办过第二届欧洲复合材料展，该地区所在的巴登—符腾堡州更是德国的高科技中心，也是复合材料着重应用的交通工具制造、机械工程、电气工程等行业的中心地带。

这里云集了像戴姆勒.克莱斯勒、保时捷、博世等世界知名的大企业，另外还有为数众多、实力强劲的中小企业。

1.按作用分

1）结构复合材料：

用于制造受力构件；

2）功能复合材料：

具有各种特殊性能（如阻尼、导电、导磁、换能、屏蔽等等）。

2.按基体材料分

1）聚合物基复合材料：

以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体；

2）金属基复合材料：

如铝基、钛基等；

3）无机非金属基复合材料：

如陶瓷基、水泥基等。

3.按增强材料分

1.2复合材料在21世纪应起的作用

关键词：

信息化；

生活质量；

资源短缺；

能源危机；

环境保护；

国防建设。

1.2.2对信息技术提供服务

1）用于信息获得

获得信息主要依靠各种敏感器件的检测，而敏感器件则由各种换能材料组成。

不仅可以依靠功能复合材料设计自由度大的特点获得高优值的换能材料，还可以利用复合效应，特别是乘积效应设计出高效换能材料。

2）用于信息处理

研究表明，碳化硅颗粒增强铝基复合材料的导热系数及热膨胀系数均能满足高集成度芯片散热的要求，而且价格低廉。

此外，电路板都是聚合物基复合材料。

机壳和屏蔽板也大量使用复合材料。

当前的重要课题是研制具有优良的超高频介电性能的复合材料。

3）用于信息存储

磁带、磁盘都是复合材料，要向高记录密度、高可靠度发展。

4）用于信息传输

光缆套管、天线、卫星结构件等需要高比强度、高模量的复合材料。

5）用于信息执行

执行机构件要求高比强度、高模量、耐用性能好的复合材料。

1.2.2对提高人类生活质量做出贡献

1）改善舒适性

复合材料具有质轻高强、隔音隔热、减震降噪等特点，正是提高舒适性所需要的。

在建筑、交通等方面广泛应用。

2）提高安全性

复合材料具有很好的抗冲击韧性，用于交通工具、建筑等领域。

3）提高人类健康水平

复合生物材料可以更好地应用于人体组织修复和更换。

1.2.3在解决资源短缺和能源危机方面的作用

1）在开发新能源和节约能源方面的作用

光电、风电及潮汐发电设备广泛使用复合材料，核电中铀的离心分离机转子也是由复合材料制成。

复合材料工艺耗能低、能使运载工具轻量化都可以达到节能的要求。

2）在开发海洋和空间资源方面的作用

碳纤维增强复合材料可潜入1000m。

各种航天器材、空间站等都需要大量优质复合材料.

3）在挖掘未充分利用的资源中的作用

例如通过制备复合材料可以充分利用镁的质轻、阻尼性好的优点。

通过复合可以扩大植物、矿物的应用。

4）使基础设施延长寿命

复合材料代钢筋、以及纤维复合材料修复建筑等都可以延长其寿命。

1.2.4对环境保护的作用

1）降低环境污染

复合材料成型工艺原材料消耗、能耗小，使用寿命长，减少了废弃物。

污染治理装置、清洁能源装置广泛使用复合材料。

2）利用废弃物制备复合材料

3）开发可自然降解的绿色复合材料

可降解的农用膜、一次性餐具等可使用复合技术值得。

1.2.5对国防建设的作用

发展先进复合材料，对于国防设备性能的改善具有特别重要的意义。

1.3复合材料新的生长点

和有待深入研究及开拓的问题

1.3.1.未来复合材料发展的新领域

1.3.1.1发展功能、多功能、机敏、智能复合材料

1）功能复合材料

大力发展、电、磁、热、机、化等方面的功能材料。

2）多功能复合材料

首先是形成兼具功能和结构要求的材料，然后是向多功能方向发展。

3）机敏复合材料

研制具有自诊断、自适应、自修复功能的材料。

4）智能复合材料

智能复合材料是功能材料的最高形式。

它是在机敏复合材料基础上向自决策能力上的发展。

1.3.1.2纳米复合材料

1）无机-有机纳米复合材料

这种材料在结构和功能上都有很好的应用前景，而且具备工业化的可能性。

2）无机-无机纳米复合材料

研究较早，但进展较慢。

原因是容易迅速团聚或晶粒长大。

制备技术有待改进。

1.3.1.3仿生生物复合材料

研究自然生物材料，获得规律，用于制备复合材料，前景广阔。

1.3.2理论研究、设计和制备方法的

深化、开拓与创新

1.3.2.1基础理论问题

1）界面研究

界面结构的认识和表征；

界面优化设计和界面改性方法；

界面应力研究；

功能复合材料界面研究。

2）可靠性研究

1.3.2.2新的设计和制备方法

1）新型设计方法

利用计算技术和信息技术探讨新的设计方法。

2）新的制备方法

探索新的复合成型技术，提高制备质量和效率。

1.4我国复合材料发展概况和对策

我国于1958年开始建立复合材料工业，当时也是以军需为主，由此推动了玻璃纤维增强聚酯、环氧和酚醛树脂的通用复合材料问世。

70年代又开始发展以碳纤维和芳酰胺纤维为增强体的先进复合材料，用以与“两弹一星”配套。

中国玻璃钢工业协会发布的数据表明，2007年中国（大陆，下同）玻璃纤维产量160万吨，其中115.5万吨用于玻璃钢（GFRP）工业；不饱和聚酯树脂（UPR）产量135万吨，其中68.8万吨用于玻璃钢领域、占51%；乙烯基树脂产量12640吨，胶衣树脂产量15870吨。

今后几年我国复合材料仍处于快速发展期。

造船业和汽车业的发展会带动玻璃钢业的发展。

从子行业应用看增长力度最强的，有3个领域是：

建筑、汽车、风电、它们将形成热点，2008年复合材料增长仍达到15%。

*面临新世纪复合材料发展的机遇，应加大资金投入力度，完善原材料的配套体系；

*在此基础上瞄准国际发展前沿，特别是用于建材的复合材料国际上刚起步，我国应迎头赶上，才不致落后；

*另外在各种新型多功能、纳米、机敏与智能、仿生等复合材料方面，应有计划地组织安排形成强有力的研究-生产群体，避免过去普遍存在的低水平重复和研究与生成的脱节；

*重点放在使之产生实用性效果，并发展高附加值产品上，提倡有限目标；

*要追求创新和形成特色。

第二章新型增强体

2.1新型纤维

已得到广泛应用的新型纤维有：

碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、特种玻璃纤维、芳纶纤维、聚苯并噁唑（PBO）纤维、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维等。

新型纤维增强体又称高性能纤维增强体，一般是指强度在18cN/dtex以上，模量大于440cN/dtex以上的纤维。

制造高性能纤维的技术关键和改进方向

随着品种规格系列化和生产规模的扩大，成本迅速下降，加上应用研究的开展，其应用领域不断扩展。

芳纶纤维和碳纤维年用量已超过万吨，超强聚乙烯醇和聚乙烯、沥青碳纤维年用量达到千吨。

2.1.1聚对位芳酰胺纤维

聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维在上世纪70年代由杜邦公司率先产业化，现已开发出十多个品种不同规格的产品。

可用于增强树脂、橡胶、水泥和金属等。

强度高达5.5GPa的主要用于国防和航空航天领域。

需求量日益增加。

目前研究方向仍是提高强度、模量、伸长率和生产效率，降低成本，改善表面缺陷，提高层间剪切和压缩强度，扩大应用领域。

还可利用其易原纤化的特性制备浆粕，以利于与基体的粘和性。

2.1.1.1提高芳酰胺强度与模量

PPTA纤维的某些重要应用领域，如运载火箭的固体发动机壳体和其他高压容器，需要很高的比强度和比模量，在防弹领域也需要高强度，特别是对防弹服的轻量化和舒适性要求越来越高，进一步提高比强度一直是重要的研究课题。

PPTA纤维的理论强度和模量分别为207cN/dtex和1320cN/dtex。

经过30多年的努力，通过选用高分子量树脂和先进的成纤工艺，减少成纤中的降解，提高分子取向度和结晶度，探索出最佳捷径尺寸和分布以及减少表面和结构缺陷的方法。

现在商品化纤维最高强度可达到26.4cN/dtex，模量达968cN/dtex，吸湿率只有1%左右。

但与理论值比还有很大提高潜力。

2.1.1.2探索最佳的芳酰胺共聚组分

可通过引入共聚单体进一步提高PPTA纤维的强度和模量，或改进其固有的耐疲劳性能差和层间剪切强度低等缺点。

已开发成功的帝人公司的Technora纤维，是通过引入第三单体3，4-二氨基二苯醚进行共聚得到的。

纤维强度可达23cN/dtex，耐疲劳性能优良，适于做轮胎帘子线和新型代钢筋等建材。

共聚改性是今后重要研究方向之一。

已制备出50余种共聚纤维，强度最高的是具有式（2-1）结构的工具纤维，当选用x/y=80/20和适当工艺后可制得强度为23cN/dtex、模量462cN/dtex、伸长率为4.9%的初生纤维，热处理后上述指标变为33、855和3.9%.

模量最高的是具有式（2-2）结构的共聚纤维，当x/y各为80/20和50/50以及适当工艺条件时，热处理丝的三项指标各为31.7、927、3.2和28.8、949、2.9。

2.1.1.3聚芳酰胺（芳纶）纤维性能改进

1）提高耐老化性能

PPTA浓硫酸溶液处理，含硫量0.93%，耐老化强度保持率为94%，若含硫量只有0.24%，则耐老化强度保持率降为80%。

2）提高纤维与树脂的粘合力与压缩强度

表面处理技术

3）改进纤维原纤化

表面处理技术

2.1.1.4聚芳酰胺纤维的其他研究

1）热处理技术

为生产高模量聚芳酰胺纤维，一般采用氮气保护下的加张热处理工艺。

杜邦公司发明了一种在270℃-310℃下进行一段或多段微波共振腔的高频发热电极处理的方法，可以制成强度为24cN/dtex、伸长率为4.5%、模量为414cN/dtex的纤维。

2）超细纤维

帝人公司开发了用干喷湿纺法制得0.21dtex的纤维，强度高达27cN/dtex，模量为529cN/dtex。

3）短纤维

以往的短纤维只限于切断30cm，且刀具易损坏，切断的纤维容易堵塞。

日本开发了3mm以下的切断机。

4）浆粕

芳纶浆粕作为心想增强体发展迅猛，其复合效果比短纤维好，而且可由聚合物溶液直接成型，价格低廉。

2.1.1.5新型芳纶在复合材料中的应用

芳纶作为增强材料，长远目标是取代玻璃纤维和钢丝。

除已应用于体育器材如球杆、滑雪板、赛艇、球拍和自行车外，还有以下一些新的领域：

1）航空航天

火箭固体发动机壳体、飞机用增强铝等。

2）电器

增强环氧树脂用于电路板。

3）建筑工程

增强混凝土、代钢筋材料、软土补强、幕墙等。

4）压缩气罐和潜水呼吸器

5）防弹装置

芳纶具有良好的冲击吸收能力，已用于防弹头盔和坦克、运钞车等。

火箭采用复合材料后减重300多千克，射程提高了14%，提高了1300多千米。

2.1.2全芳族聚酯纤维

全芳族聚酯纤维实际上是共聚纤维，又称聚芳酯纤维。

若单纯由对苯二甲酸或其酯类与对苯二甲酚缩聚而得的芳族聚酯，成纤性不太好，性能不高，因此重点是围绕共聚组分的选择和成纤与热处理工艺的研究。

一、选择原料易得、纤维力学性能优良的熔致性液晶聚合物。

二、探索缩短长时间高温热处理的方法。

日本产业化的Ekonol具有最高水平的强度和模量，但成本高。

还有一种Vectran.这两种纤维结构式如下：

聚芳酯纤维主要特性：

1.几乎不吸水，

2.尺寸和形态稳定性良好，

3.耐蠕变性优良，

4.振动衰减性比其它增强体好，

5.长时间紫外线照射时性能下降，

6.当用于增强橡胶或树脂时，粘合性和耐疲劳性不能全满足要求。

目前用于音响喇叭纸盆、网球拍、乒乓球拍、头盔和管道。

主要是利用其高模量、高冲击吸收能和振动衰减性。

2.1.2.1共聚组分研究

目的是寻找价廉且能保持高强高模又尽可能降低熔点和纺丝成型温度的最佳组成和配比。

2.1.2.2成纤及热处理工艺的研究

制得高强高模聚芳酯纤维的工艺分为四类：

1）选用较低分子量的聚合体。

优点是成纤性好，但初纺丝强度低。

需要长时间高温热处理。

2）高分子量聚合体在熔点以上纺丝，而且尽可能提高分子量。

3）高分子量聚合体在熔点以下温度纺丝，优点是分解少，强度高，热处理时间短，但速度低。

4）低分子量聚合物在熔纺时加入偶联剂，成丝过程中发生分子偶联。

初纺丝强度高，但不易控制。

2.1.2.3用海岛纺丝法制备聚芳酯纸

岛-熔制性液晶聚芳酯，海-一般的热塑性树脂

如PE、PP等。

这种纸绝缘性好，可作屏蔽带、刹车片、离合器、轴承等。

2.1.3聚对亚苯基苯并双噁唑纤维（PBO）

2.1.3.1PBO特性

PBO是一种有望与高性能碳纤维竞争的有机纤维。

其中顺式结构具有最好的纤维性能。

1）PBO纤维最突出的性能是强度和模量高，约是PPTA纤维的2倍。

2）耐高温，分解温度高出PPTA100℃，极限氧指数LOI高2.6倍。

3）还具有优良的抗蠕变、耐药品、耐切割、耐磨等性能。

4）吸湿率只有0.6%，吸脱湿时尺寸稳定性好。

5）柔软，加工性能好。

PBO适用于橡胶、树脂和混凝土的增强，制作网球拍，缠绕增强高压容器（如火箭固体发动机壳体）等。

2.1.3.1PBO合成工艺路线

PBO的纺丝原液可以直接进行干喷湿纺而得到高强初纺丝，若要制成高模量纤维，须在600℃氮气中热处理。

目前工艺技术方面的研究主要集中在单体合成、缩聚及成纤工艺的改进方面。

2.1.3.2工艺改进研究

1）高纯单体的制备

2）缩聚与纺丝工艺研究

3）PBO纤维的改性研究

可得强度和模量分别为

21.3，334的PBO纤维。

2.1.4超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE），是由荷兰DSM公司发明的。

商品名为Dyneema.目前除了使用凝胶纺丝法和高倍拉伸技术外，还有以石蜡为溶剂的半溶纺技术。

2.1.4.1UHMWPE的制造技术

起初是采用一般的催化剂将乙烯聚合成100万以上的相对分子质量，工业化产品多采用300万左右的平均分子质量，约为普通聚乙烯纤维的10～60倍。

由于分子量很高，熔融黏度极大，成纤十分困难，自上世纪70年代以来先后研究出多种新的成纤工艺。

1）高压固态挤出法——是靠高压将熔点以下的预结晶UHMWPE从毛细管中挤出，使之在高剪切应力诱导下产生结晶取向而得到纤维。

此法可制得模量达720的纤维。

2）溶液流动诱导结晶法——是靠压力梯度或边界运动是UHMWPE溶液发生流动，在种晶末端和周围结晶。

当种晶或纺出的纤维卷取速度等于结晶生长速率时，可连续制得均匀的纤维。

由于成核的随机性，因此微晶结构粗细不均，成羊肉串形态。

该法制得的最佳纤维性能为强度41，模量1026，断裂伸长率5.2%。

3）稀溶液凝胶纺丝超倍热拉伸法——这是目前最适合工业化的成纤方法。

溶剂可选用十氢萘、矿物油、石蜡油或煤油等，并加入适量的抗氧化剂。

在氮气保护下高速搅拌，溶解后升温至50℃左右，保持约2天后缓慢冷却至出现聚合物凝胶，再于90℃进行熔纺，用正已烷或不同馏分的煤油萃取其中的溶剂，真空干燥后热拉伸100倍以上。

该法在实验室可制得强度71，模量2700的高性能纤维。

不足是纺速太低。

后来有人发明了高速凝胶纺丝技术，可在约4000m/min下由凝胶直接纺丝，无须热拉伸，制得的纤维强度为24，模量为470。

实验得知，拉伸倍率不同，物性有明显变化，达到8倍以上就可制得高强高模纤维。

2.1.4.2UHMWPE的表面处理

UHMWPE的表面能低，不易与树脂基体粘合。

对其进行表面处理是为了提高其与基体的界面粘合性。

通过表面处理可以增大纤维表面积，提高表面极性基团含量或在纤维表面引入反应性基团。

1）表面等离子反应法

在氮气、氧气、氢气、氨气、氩气等气氛下进行等离子处理，在纤维表面上因部分H被夺取而形成活性点，并与空气中的氧气、水等作用形成极性基团。

不同气体对界面强度改善程度不同，经氧气等离子处理后，与环氧树脂的界面粘结强度增加4倍以上，而用氨气等离子处理时纤维强度不下降。

2）表面等离子聚合法

纤维表面通过等离子聚合法形成涂层而改变表面性能，即采用有机气体或蒸汽通过其等离子态形成聚合物。

改善了界面粘结性，而纤维的强度只略有下降。

2.1.4.3UHMWPE的应用

该纤维是目前比强度最高的有机纤维。

其耐疲劳性和耐磨性最高，耐冲击性和耐药性优良。

最大缺点是其极限使用温度只有100～130℃（熔点150℃），LOI只有16.5，蠕变较大。

由它制成的单向预浸料已用于轻质军用、赛车用和作业用头盔，各种防护板和体育用品、超导线圈管、汽车部件、扬声器振动件等。

与防弹钢板比重量可减轻50%。

2.1.5碳纤维

碳纤维是先进复合材料最常用也是最重要的增强体。

碳纤维是由不完全石墨结晶沿纤维轴向排列的一种多晶的无机非金属材料。

组成中碳元素的含量达95%以上。

碳纤维的制造工艺分为有机先驱体纤维法和气相生长法。

有机先驱体纤维法制得的碳纤维是由有机纤维经高温固相反应转变而成。

应用的有机纤维主要有聚丙烯腈（PAN）纤维、人造丝和沥青纤维等。

工业上生产石墨纤维是与生产碳纤维同步进行的，但需要再经高温（2000℃～3000℃）热处理，使乱层类石墨结构的碳纤维变成高均匀、高取向度结晶石墨纤维。

碳纤维按照力学性能不同可分为通用极（GP）和高性能级（HP）。

前者拉伸强度小于1000MPa，拉伸模量低于100GPa；后者拉伸强度可高于2500MPa，拉伸模量大于220GPa。

碳纤维的主要优良特性是：

1）高比强度、高比模量；

2）耐高温、耐侵蚀、耐化学辐射；

3）低电阻、高热导、低热膨胀；

4）工艺性好。

碳纤维的缺点是：

脆性大，抗冲击性差，高温抗氧化性差。

碳纤维主要用于树脂、碳、金属、陶瓷、水泥等基体的增强。

碳纤维增强复合材料广泛应用于火箭喷管、导弹鼻椎、飞机和卫星结构件、体育用品、医用材料、密封材料、制动材料、电磁屏蔽材料、防热材料等，还有可能用于建筑材料。

2.1.5.1PAN基碳纤维

PAN基碳纤维是高性能碳纤维的主要品种。

2.1.5.1.1PAN纤维制备碳纤维的基本原理

PAN纤维制备碳纤维属有机先驱体纤维法。

第一阶段——预氧化

将PAN纤维在200℃～400℃氧化气氛中进行低温热处理，纤维内部发生交联、环化、氧化脱氢、脱水、脱二氧化碳以及热分解等化学反应，使其变为热稳定型结构，能承受进一步的高温处理，并保持现状不熔融。

此阶段是形成纤维的稳定化过程。

第二阶段——高温处理

将纤维再在1000℃～1500℃的惰性气氛中进行高温处理，纤维内部产生交联、环化、缩聚、芳构化等化学变化，排除其中的非碳原子，使碳含量达90%～96%，并形成乱层石墨结构，即获得碳纤维。

PAN纤维的结构

PAN分子易于沿纤维轴取向，碳化收率（1000℃～1500℃）为50%～55%，脱除非碳原子时骨架结构破坏很少，在180℃附近有塑性，便于纺丝后的改性处理和高温处理。

这些特点使其成为优良的碳纤维先驱体。

适于制备高性能碳纤维的PAN必须具备以下特性：

1）高纯度，高分子量（重均分子量2.6×105）及适当的分子量分布；

2）最少的分子缺陷；

3）分子取向平均角尽可能小；

4）适当的共聚组成；

5）能纺成细纤维，高强度高模量，

6）碳产率高。

2.1.5.1.2PAN基碳纤维制备工艺及改进

制备工艺如图。

主要改进措施有：

1）除去前驱体中杂质，使原料的分子排列最佳化；

2）防止预氧化过程中纤维的熔并；

3）防止炭化、石墨化过程中产生纤维内外层缺陷。

2.1.5.2粘胶基碳纤维

生产碳纤维的另一重要原料是粘胶纤维。

天然纤维素与氢氧化钠和硫化碳反应生成纤维素磺酸钠，提纯后采用一步法或两步法制得粘胶，再经湿法纺丝及后处理等工序制得碳纤维。

主要有三个步骤：

1）低温分解（小于400℃）；

2）炭化（小于1500℃）；

3）石墨化（大于2500℃）。

制得的碳纤维直径为5μm～7μm，拉伸强度为770～900MPa。

2800℃牵伸热处理制得的石墨纤维拉伸强度和弹性模量分别为2800MPa和350GPa。

粘胶基碳纤维横截面形状不规则，碱金属含量低，灰分低，密度小，导热性差。

特别适合作耐烧蚀功能复合材料。

2.1.5.3沥青基碳纤维

沥青原料经熔纺、稳定化、炭化、石墨化、表面处理、上浆等工序可制得碳纤维。

制备高性能沥青基碳纤维，必须使用各向异性的中间相沥青，对其质量要求是：

1）低灰份含量、低金属离子和杂原子；

2）各向异性含量为90%～100%；

3）软化点在230℃～280℃；

4）在纺丝温度下黏度随温度变化要小；

5）具有好的成丝性及热稳定性；

6）高的氧化活性和高碳得率。

工艺中的主要问题：

1）氧化稳定化导致纤维含氧量高而影响最终性能，考虑使用辐射处理法代替氧化处理，使含氧量明显降低。

2）严格控制不同阶段的处理温度。

沥青基碳纤维发展方向：

1）提高强度和模量；

2）降低成本；

3）开拓应用需求。

2.1.5.4气相生长碳纤维及碳晶须

气相生长碳纤维（VG