碳纤维材料课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,3/27/2017,#,单击此处编辑母版标题样式,机械工程材料,技术部设计,XXX,碳纤维材料,机械工程材料技术部设计 XXX碳纤维材料,1,碳纤维,1959,年，日本科学家近藤,(Shindo),首先发明了用聚丙烯腈（,PAN,）纤维制造碳纤维，如今碳纤维已发展成为独立完整的新型工业体系，并被喻为是当今世界上材料综合性能的顶峰，是,21,世纪的,黑色革命,。,碳纤维 1959年，日本科学家近藤(Shind,2,成分结构,1,碳纤维材料,成分结构1碳纤维材料,3,成分结构,碳纤维（,carbon fiber,，简称,CF,），它,是,由,有机纤维,经,碳化,及,石墨化,处理而得到的,微晶石墨材料,。碳纤维的微观结构类似人造,石墨,(C,原子层状排列,),，,是乱层石墨结构。,碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的,1/4,，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般,都,在,3500Mpa,以上，是钢的,79,倍，抗拉弹性模量为,230000430000Mpa,亦高于钢。因此,CFRP,的比强度即材料的强度与其密度之比可达到,2000Mpa/(g/cm3),以上，而,A3,钢的比强度仅为,59Mpa/(g/cm3),左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景,。,（,1,Mpa,约等于,10,公斤压力。）,成分结构 碳纤维（carbon fiber，简称,4,PAN,基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达,45,以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面都比粘胶纤维简单，成本低，原料来源丰富，加上聚丙烯腈基碳纤维的力学性能，尤其是抗拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首。,碳纤维成品,表面处理,丙烯腈,(,AN),丙烷,氨,聚丙烯腈,(P,AN),纺丝,水溶剂,合成油剂,油剂聚氧化乙烯（,PEO,）,PAN,原丝,预氧化,炭化,预氧化炉,炭化炉,废气处理工程,电解质溶液碳酸氨,上浆剂溶液,EP,树脂,碳纤维,收丝、包装,原油,PAN,基碳纤维生产的流程图,PAN基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达45以上，而且因,5,物理性质,2,碳纤维材料,物理性质2碳纤维材料,6,物理,性质,1.碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,；,2.它的重量很轻；,3.碳纤维具有极好的纤度（是,9000m,长纤维的克数)；,4.在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受,3000,以上的高温，具有突出的耐热性能；,5.碳纤维要温度高于,1500,时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大；,6.另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。,物理性质1.碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特,7,化学性质,3,碳纤维材料,化学性质3碳纤维材料,8,化学性质,1.,碳纤维,是含碳量高于,90%,的无机高分子纤维,。所以它化学性质与碳相似；,2.,碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值，则当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象；,化学性质1.碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维 。所以,9,化学性质,3.,碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题；在强酸作用下发生氧化，对一般碱性为惰性的；,4.,在空气中温度高于,400,时则出现明显的氧化，生成,CO,与,CO2,；,5.,碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。,化学性质3.碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀,10,碳纤维,的分类,4,碳纤维材料,碳纤维的分类4碳纤维材料,11,按,状态分为长丝、短纤维和短切纤维,；按,力学性能分为通用型和高性能型,。高性能,型碳纤维又分为高强,型和,高,模型,，,强度,再,大,的还有,超高,强,型,和,超高,模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于,2%,。用量,最,多,的,是,聚丙烯腈,(PAN),基,碳纤维。,碳纤维,的分类,按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分,12,5,碳纤维,的,特性,碳纤维材料,5碳纤维的特性碳纤维材料,13,碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有,轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小,等一系列优点,。,一,、轻质、高强度、高,模量,碳纤维,的密度是,1.6-2.5g/cm3,，碳纤维拉伸强度在,2200Mpa,以上。因此，具有高的比强度和比模量，,它比绝大多数金属的比强度,(,材料的强度除以其表观密度,),高,7,倍以上，,比模量,（单位密度的弹性模量）,为金属的,5,倍以上。由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。,碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学,14,二、热膨胀系数,小,绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数,（固体在温度每升高,1K,时长度或体积发生的相对变化量）,，,室内为负数（,-0.5,-1.6,）,10,-6,/K,，在,200,400,时为零，在小于,1000,时为,1.5,10,-,6,/K,。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具,。,三,、导热性,好,通常,无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。,碳纤维数显卡尺,二、热膨胀系数小碳纤维数显卡尺,15,四、耐化学腐蚀性,好,从,碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广,。,五、耐磨性,好,碳纤维,与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片,材料,。,。,四、耐化学腐蚀性好,16,六、耐高温性能,好,碳纤维,在,400,以下性能非常稳定，甚至在,1000,时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达,300,左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业,。,七、突出的阻尼与优良的透,声纳,利用,这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等,。,六、耐高温性能好,17,八、高,X,射线,透射率,此,特点已经在医疗器材中得到应用,。,九、疲劳强度,高,碳纤维,的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有,60%,，而钢材为,40%,，铝材为,30%,，而玻璃钢则只有,20%-25%.,因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。,八、高X射线透射率,18,6,应用领域,碳纤维材料,6应用领域碳纤维材料,19,碳纤维三脚架,碳纤维自行车,碳纤维应用实例,碳纤维在日常生活中的运用,碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料,。,在多个领域都出现了碳纤维材料的身影，比如说滑雪板、棒球棒、赛车、自行车以及各种体育服装用品中。,碳纤维外壳的,ThinkPad,碳纤维三脚架碳纤维自行车碳纤维应用实例碳纤维在日常生活中的运,20,碳纤维应用实例,碳纤维医疗填平床板,太阳能热水器,集热管,碳纤维应用实例碳纤维医疗填平床板太阳能热水器集热管,21,碳纤维应用实例,碳纤维发热线,F46,：四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,碳纤维应用实例碳纤维发热线F46：四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,22,碳纤维应用实例,碳纤维在工业中的应用,传统,使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴,等。,碳纤维应用实例碳纤维在工业中的应用,23,碳纤维应用实例,现在,的,F1,（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度,碳纤维应用实例 现在的F1（世界一级方程锦标赛）,24,碳纤维应用实例,兰博基尼生产中使用的碳纤维材料,碳纤维应用实例兰博基尼生产中使用的碳纤维材料,25,碳纤维箭杆,碳纤维加热管,碳纤维复合芯导线,碳纤维应用实例,碳纤维,由于具有强度高、重量轻、耐热性好、抗热冲击,性强等诸多优点而广泛应用于各种工业产品和日常生活用品中。,碳纤维床垫,碳纤维,羽毛球拍,碳纤维箭杆碳纤维加热管碳纤维复合芯导线碳纤维应用实例,26,碳纤维应用实例,碳纤维用作加固材料,碳纤维在建筑中做加固材料应用很多。,目前,的日本国内，绝大多数的建筑，公路，桥梁都已经使用到了碳纤维材料作为建筑结构的加固补强材料，这一材料的使用，使得日本国内的建筑结构的抗震防裂级别又提升了一个档次。,碳纤维应用实例 碳纤维用作加固材料,27,7,碳纤维的缺点,碳纤维材料,7碳纤维的缺点碳纤维材料,28,碳纤维,的缺点,1,、复杂,的应力计算,碳纤维的,特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算,(,纵刚性、横刚性,),，根据计算把碳纤维片重叠成型,。,碳纤维耐冲击性较差，容易损伤。,2,、难于,更改尺寸,由于作好模具后成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。,3,、老化,很多使用者发现碳纤维产品放置在阳光下时会逐渐变白。因此最好不要放置在阳光下。,4,、价格,较高,原因,有两个,：,1.,生产原材料,的厂家不多，产量有限,。,2.,工艺复杂，开,模的费用较高，机械价格也较,贵。,碳纤维的缺点1、复杂的应力计算,29,8,碳纤维电地暖,碳纤维材料,8碳纤维电地暖碳纤维材料,30,取暖原理,:,碳纤维地暖是利用电力通过碳纤维分子活动振荡做布朗运动取得热量。这种取暖方式充分利用了热量的三种传播方式，即：热传导，热对流和热辐射。,取暖原理:,31,优点,:,1,、吸附容量大： 对有机气体恶臭、腥臭物质（,NO,、,NO2,、,SO2,、,H2S,、,NH3,、,CO,、,CO2,）吸附量比颗粒和粉状活性碳大,20-30,倍。,2,、吸附速度快：对气体的吸附一般在数十秒至数分钟达到吸附平衡，比,GAC,高,2-3,个数量级。,3,、耐温性能好：在惰性气体中耐高温,1000,以上，在空气中着火点达,500,。在,300,的连续高温中能够保障,30000,小时的使用寿命。,4,、耐酸、耐碱，具有良好的导电性能和化学稳定性。,5,、灰份少：它的灰份含量仅为,GAC,的十分之一，对回收物质的催化作用小。,优点:,32,选择碳纤维电采暖的理由：,优势一、使室内环境更加舒适宜人、感受阳光沐浴。外产品质量检验中心测定，让您的室内充满阳光。,优势二、避免了空气对流，卫生环保 辐射供暖通过远红外线辐射形式散热取暖，对室内物体直接加热升温而不通过加热空气升温。不会造成室内燥热，异味，皮肤失水，口干舌燥，室内尘埃，污浊空气对流。,优势三、热性能更高、更稳定碳纤维是电热体是一种全黑体材料，电热能转换率能达到,99%,以上，在电热过程中，抗拉强度没有极大变化。前期经过科技处理，高温状态下不氧化，其单位面积的电流负荷不发生。,选择碳纤维电采暖的理由：,33,优势四：不占有使用面积、看不见的享受科源碳纤维电热板可根据需要，选用不同功率，灵活敷设在地面、墙面和吊顶上，不占用任何室内平面空间，使室内空间可以更灵活地布置和安放家具。增加使用面。,优势五、低费用运行、高品质享受红外线辐射采暖、碳纤维热转换率高、聚苯乙烯保温层等诸多优势降低了采暖的运行费用，碳,TodayHot,纤维地板采暖，当室温设计到,16,时能达到普通水暖,20,的取暖效果，电热转换率为,99%,。远红外辐射采暖，室内周围物体温度高于空气温度，在短期关闭供热系统时，室内周围物体散发的热量会起到保持室温稳定的作用。试验表明本系统停电,8,小时，室温仅下降,2,。,优势四：不占有使用面积、看不见的享受科源碳纤维电热板可根据需,34,优势六、碳纤维发热，解决金属发热的诸多问题传统电采暖的电热元件大多采用铁铬铝、镍铬、钨、钼等金属材料和,PTC,电热元件制作。由于这些材料本身所存在的不可弥补的性能缺陷，导致在使用过程中出现了诸多难以解决的性能方面的技术问题。例如：电转换效率低、耗电量大；金属电热体易氧化，影响使用寿命；,PTC,电热元件易局部击穿，出现加热功率逐年衰落等等。这些缺陷和不足直接影响到电热采暖产品的安全和可靠使用，阻碍了电采暖的推广和使用。碳纤维电缆地板采暖的出现，解决了金属发热的诸多问题，是真正的绿色环保产品。,优势六、碳纤维发热，解决金属发热的诸多问题传统电采暖的电热元,35,优势七、安装方便、半世纪使用寿命作为高科技一体化产品，碳纤维电缆线式伴以其人性化、专业化的设计成为目前市场上安装、调试最为简便的采暖系统产品，,100,平米以下的面积在无交叉施工的情况下,2,人,1,天可完成施工。系统得可靠性经过了数百次严格的检验，系统寿命可达,50,年，与工程建筑同步。,优势七、安装方便、半世纪使用寿命作为高科技一体化产品，碳纤维,36,优势八、升温迅速，热转换效率高，辐射率高节能碳纤维电缆线式是以碳纤维改性后加远红外发射剂，以特殊工艺合成制作的加热元件。电热能转换率为,99%,以上。在通电几十秒内，发热体表面温度迅速升高，并将热能传递给覆盖在碳纤维电热材板表面的覆盖物，使覆盖物表面温度不断升高，,2-4,分钟之后，发热体以及隔热材料之间达到热态平衡，地面以恒定的温度进行热辐射。这种产品具有节能、经济、无污染、寿命长和温度可控等特点，使用成本仅为普通电供暖的一半左右。本公司生产的节能碳纤维电热板是一种改性浸泡碳纤维和高分子树脂材料合成的高科技新产品，拥有自主技术产权。经国家红外产品质量监督检验检测中心检测达到国家标准。本产品是以远红外线辐射热取暖，把热量直接辐射到空间与人体，传热速度是一般电取暖设备的,5,倍以上，是地板采暖的第一选择。,优势八、升温迅速，热转换效率高，辐射率高节能碳纤维电缆线式是,37,优势九、放心安全使用、免维护碳纤维发热，安全可靠，不会出现漏电、过电现象！系统免维护，不会出现任何维护费用！,优势十、远红外散热式升温、递减式温差符合人体生理的需要，完全改变了普通取暖方式的“头热脚寒“的情况，有利于人体健康。,优势十一、红外线散射、频谱光波理疗经国家红外产品质量检验中心测定，波长集中在,8-15,波段，完全覆盖在太阳照射光线的红外光波长之内，医学上称之为“生命之光”，是医疗界公认健康理疗的频谱光波，使人体深层细胞适度共振，起到暖身通络、加速血液循环、调节神经和内分泌系统的作用，提高人体免疫力。,优势九、放心安全使用、免维护碳纤维发热，安全可靠，不会出现漏,38,优势十二、国际权威监测认证公司通过了,ISO9001,质量体系认证，获得了,CE,、,GS,、,CCC,认证，产品经过国家技术监督部门，国家红外产品质量监督检测中心检测，各项指标全部达到国家标准。产品的质量我们给予保证！,优势十三、人性化设计、温度智能调控碳纤维电地暖电地暖板才用人性化设计，配有智能温控表，可根据您的实际需要进行为期,7,天的编程！完全做到了智能调控，让您的采暖更节能。,优势十二、国际权威监测认证公司通过了ISO9001质量体系认,39,碳纤维电地暖优势：,自主采暖：,碳纤维红外辐射地暖的采暖主动权完全由自己掌握，分室控制、定时开关机，每个房间都设有独立的温度控制器，随时随地选择开启或关闭，随心所愿调节需要的温度。可实现最大限度的节能采暖，且不受统一供暖时间的限制。也避免了暖冬和倒春寒时采暖的不如意和不必要的浪费。,不占空间：碳纤维发热电缆的厚度只有,6,毫米，安装高度只有,3,公分，可根据需要灵活铺设在墙面、地砖、地板下，室内没有暖气片及管道，是唯一不占有空间的取暖设备。,碳纤维电地暖优势：,40,采暖节能：,暖力特碳纤维电地暖电能直接转化为热能，升温快且均匀，运行中无功耗，热转换效率约为,98%,以上，与合金金属相比，节能效果更明显；且热损失更小，因此碳纤维电地暖采暖比水暖、比空调、比金属丝发热电缆地暖都要节约能源。,理疗保健：传统采暖大多采用对流方式，由于房间封闭，室内环境易受到细菌、病毒、放射线等污染，“空调病”更是众所周知，这些都会给人造成一定的健康伤害。暖力特碳纤维电地暖远红外柔性供暖，保健舒适、温度均匀。碳纤维地暖产生,8-20m,红外线在医学上称之为人体“生命光波”，首先向室内密实物体均匀供暖，无燥音，不干燥，其产生的标准红外辐射，对关节炎、老寒腿等病症有缓解作用，符合中医“头凉足热”的保健养生理论，可促进人体新陈代谢，改善微循环系统，减轻疲劳，增强免疫力。,采暖节能：暖力特碳纤维电地暖电能直接转化为热能，,41,环保舒适：,碳纤维电地暖不产生污染，不产生废气、无噪音、无光、无水患之忧。因为是低温辐射方式采暖，所以人的感觉像是在阳光下一样温暖舒适，空气清新、没有传统取暖系统所产生的干燥和闷热的感觉，运行稳定又安全，给您带来舒适健康的生活。,免维护：传统采暖的锅炉、管道及各种阀门等需要维护是必不可少的。一般传统采暖的管道,5-9,年需进行大修，,15,年左右需要更换锅炉。暖力特碳纤维电地暖没有运动的部件不需维护，使用寿命达,50,年以上，同建筑寿命。同时也杜绝了漏水、漏气和维修等麻烦。,环保舒适：碳纤维电地暖不产生污染，不产生废气、无噪,42,低温运行：,安全可靠 系统工作时，碳纤维电地暖表面保持低温运行，最高温度不超过,50,摄氏度。因此不会发生烫伤、引起爆炸和火灾等事故，整个系统全部采用并联方式连接，运行稳定，可靠性高。碳纤维电地暖供暖系统安全性很高，无任何安全隐患，是非常成熟的产品。经有关部门的检测，它的绝缘等级、耐压能力、阻燃性都达到了国家相应的标准。用户尽可放心使用。,碳纤维是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。,低温运行：安全可靠 系统工作时，碳纤维电地暖表面保持,43,一、碳纤维地暖电缆与金属丝发热电缆，用在地暧方面都是不错的。碳纤维地热电缆，由于是碳纤维用作发热体，在衰减方面基本上可以忽略，金属丝发热电缆，在衰减方面还是较大的，使用越久，热效能要降低，也就是说使用越久，越费电，发热效果不理想。,二、碳纤维在寿命上较金属丝的长，也不容易折断，碳纤维柔韧性好，抗拉强度相当大，金属丝在地面地下长时间的热涨冷缩混凝土有可能把金属丝拉断，普通家用电热毯也是金属丝作为加热原件。,碳纤维发热电缆与金属丝发热电缆的区别,一、碳纤维地暖电缆与金属丝发热电缆，用在地暧方面都是不错的。,44,三、碳纤维发热电缆，每米功率为,11W,，每平方米功率设计大概在,100W,左右，线体表面发热温度为,65-70,；金属丝发热电缆，每米功率,17-20W,，每平方米功率设计也比碳纤维发热电缆要高出,20-30W,左右，温度也在,65,左右。也就是说碳纤维比金属丝发热电缆在相当使用温度下，要节能，要省电。,四,、,碳纤维发热电缆地表面不怕覆盖，不会引起过热，即使地板下也不会引起地板局部过热导致地板变形等情况发生；金属电缆怕覆盖，有可能引起过热现象发生，所以金属电缆地暧下家俱等都要带腿为好，或者直接避开不铺。当然碳纤维电缆在衣橱等落地的情况下，也要避开，要不铺设了电缆热能不辐射出来也是浪费。,碳纤维发热电缆与金属丝发热电缆的区别,三、碳纤维发热电缆，每米功率为11W，每平方米功率设计大概在,45,目前市场上相对安全，经济实用的,就是,碳纤维发热电缆与金属丝发热电缆,。,目前市场上相对安全，经济实用的,46,碳纤维材料,参考：,无处不在的碳纤维,孙银霞、赵永霞,碳纤维发热线供暖技术规程,2009-10-23,发布,碳纤维制备工艺简介,碳纤维材料参考：,47,碳纤维材料,The end,谢谢,欣赏,碳纤维材料The end谢谢欣赏,48,