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碳纖維復(fù)合材料以聚丙烯腈基碳纖維加樹脂基基體為主，性能優(yōu)勢(shì)好
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-10-18

碳纖維（Carbon Fiber）是一種絲狀碳素材料，由聚丙烯腈（或?yàn)r青、粘膠）等有機(jī)母體纖維采用高溫分解法在 1000 攝氏度以上高溫的惰性氣體下碳化（其結(jié)果是去除碳以外絕大多數(shù)元素）制成，直徑 5-10 微米，是一種含碳量高達(dá) 90%以上的無機(jī)高分子纖維。

碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，比重不到鋼的 1/4，碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在 3500MPa 以上，是鋼的 7-9 倍，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高比強(qiáng)度和最高比模量的纖維，并具有低密度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、抗疲勞、震動(dòng)衰減性高、電及熱導(dǎo)性高、熱及濕膨脹系數(shù)低、X 光穿透性高、非磁體但有電磁屏蔽效應(yīng)等特點(diǎn)，是發(fā)展國(guó)防軍工與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略物資，廣泛應(yīng)用于軍工、航空航天、體育用品、汽車工業(yè)、能源裝備、醫(yī)療器械、工程機(jī)械、交通運(yùn)輸、建筑及其結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域。

碳纖維可以按照原絲類型、制造方法、性能等不同維度進(jìn)行分類。按原絲類型，碳纖維可以分類為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基、粘膠基碳纖維，其中，聚丙烯腈基碳纖維具有成品品質(zhì)優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)秀等優(yōu)勢(shì)，自 20 世紀(jì) 60 年代問世以來，迅速占據(jù)主流地位，占碳纖維總量的 90%以上。目前碳纖維一般指 PAN 基碳纖維

按纖維數(shù)量可以將碳纖維分為小絲束和大絲束，按力學(xué)性能可以將聚丙烯腈基碳纖維分為高強(qiáng)型、高強(qiáng)中模型、高模型、高強(qiáng)高模型四類。小絲束碳纖維初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發(fā)展為 12K 和 24K，主要應(yīng)用于國(guó)防軍工等高科技領(lǐng)域，以及體育休閑用品，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和漁具、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等。

大絲束碳纖維通常指 48K 以上碳纖維，包括 48K、60K、80K 等，主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，包括紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運(yùn)輸和能源等。

碳纖維復(fù)合材料由基體材料和碳纖維增強(qiáng)材料復(fù)合而成，通過基體材料和碳纖維在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，碳纖維復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。碳纖維復(fù)合材料具有重量輕、力學(xué)性能好、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、性能可調(diào)控、來源廣、成本低等特點(diǎn)，在國(guó)防軍事的發(fā)展中有著重要地位，已廣泛應(yīng)用于各類飛機(jī)、無人機(jī)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星中。

碳纖維復(fù)合材料中，基體材料以樹脂基為主，市場(chǎng)份額占比 90%以上?；w材料分為金屬和非金屬兩大類，金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金，非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。目前，碳纖維復(fù)合材料以樹脂基復(fù)合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)份額的 90%以上。

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