研究碳纤维论文目的

美国宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组近日通过一项研究发现了一种制造碳纤维的全新方法，可显著降低成本，提高材料强度，有望在未来提升这种轻质、高强度的材料安全性，并降低 汽车 、航空航天材料的制造成本。研究小组结合计算机模拟和实验发现，在生产过程中添加少量二维材料石墨烯，既可以降低碳纤维的生产成本，又可使纤维强度增强。 过去几十年，碳纤维一直是航空制造业中的关键材料。碳纤维能得到于该应用，这基于碳原子长链材料比人的毛发更细，轻巧、坚硬且高强，这些特质保证了碳纤维可在飞行器中广泛应用，并能够保证乘客的安全。 宾州州立大学机械与化学工程系教授Adri van Duin表示，即使碳纤维确实有很好的功能，但按照现在的碳纤维制造方式，如果 汽车 使用这种材料，依然成本过高。如果能够通过更易于制造的方式获得碳纤维的优异性能， 汽车 等产品可以重量更轻，制造成本更低，安全性获得提升。 目前，低端碳纤维的售价约为每磅（千克）15美元，研究团队（包括来自宾夕法尼亚州立大学、弗吉尼亚大学和橡树岭国家实验室的研究人员）与工业合作伙伴索尔维和奥什科什公司（Oshkosh）合作，希望通过改变复杂的生产过程，将碳纤维的价格降低到每磅5美元左右。较低的生产成本将增加碳纤维在 汽车 或军用车辆中的潜在应用。此外，该团队的研究还可能会降低生产其他类型碳纤维的生产成本，其中一些高端碳纤维如今的售价可能高达每磅900美元。 宾州州立大学机械工程系的研究员Magorzata Kowalik表示，目前，大多数碳纤维都是由聚丙烯腈（PAN）作为前驱体的聚合物生产而成的，且制造成本很高。PAN的价格约占碳纤维生产总成本的50%。 目前市面上90%的碳纤维都利用PAN制造而来，但其生产需要消耗大量能源。首先，PAN纤维必须加热到200~300℃才能氧化。接下来，必须将它们加热到1200~1600℃，才能将原子碳化。最后，必须将它们加热到2100℃，以使分子正确排列。没有这一系列步骤，所得材料将缺乏其所需的强度和刚度。 研究团队在发表于最新一期《科学进展》的论文表示，在生产石墨烯过程的第一阶段中添加微量石墨烯（重量浓度仅为），即可制造出一种碳纤维，其强度提高225%，刚性提高184%，强于基于PAN制造的碳纤维。 研究团队通过计算和数据科学研究所（ICDS）高级网络基础设施，在几台超级计算机中进行了一系列小型和大型计算模拟，收集了在这种新方法生产碳纤维过程中发生的化学反应机理和数据。此外，研究人员还使用宾州州立大学材料研究所（MRI）的实验设施研究了生产材料的基本性能。 MRI材料计算中心主任和ICDS成员的van Duin表示，通过上述方式，可将不同尺度试验联系在一起，这不仅证明了新制造工艺的有效性，同时还为研究人员提供了原子尺度上使用石墨烯添加剂产生作用的机理，这些数据可使人们进一步优化工艺流程。 石墨烯的二维平面结构有助于在整个碳纤维中一致地排列PAN分子，这在生产过程中是必需的。此外，在高温下，石墨烯的边缘具有天然催化特性，因此其余PAN在这些边缘周围凝聚。 利用从这项研究中获得的新知识，研究团队正在 探索 使用更低成本的前驱体在生产过程中进一步使用石墨烯的方法，目的是减少生产步骤，从而进一步降低成本。 美国能源部和国家科学基金会（NSF）对这项研究提供支持。

玻璃纤维/碳纤维配比对环气树脂性能的影响研究有重要意义，因为环气树脂的性能主要取决于其组成，而玻璃纤维与碳纤维的比例会影响环气树脂的机械性能、耐热性能、耐化学腐蚀性能、电磁波隔离性能以及绝缘性能等。因此，研究不同比例的玻璃纤维/碳纤维配比对环气树脂性能的影响，可以为生产更好性能的环气树脂提供参考和指导。

1. 玻璃纤维/碳纤维配比对环氧树脂性能有影响。2. 玻璃纤维和碳纤维都是常见的增强材料，它们的性能差异很大。玻璃纤维的强度和刚度相对较低，但价格便宜，耐腐蚀性好；碳纤维则具有高强度、高刚度、低密度等优点，但价格昂贵。因此在制备环氧树脂复合材料时，合理的玻璃纤维/碳纤维配比可以根据需要平衡材料的性能和成本。3. 通过研究不同配比的玻璃纤维/碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能，可以更好地探究复合材料的力学性能、热学性能、耐腐蚀性能等方面的规律，为复合材料的应用提供理论基础和实践指导。

每天都有碳纤维的新应用。四十年前开始作为一种极具异国情调的材料，现在已成为我们日常生活的一部分。这些细长的细丝，是人类头发厚度的十分之一，现在有多种有用的形式可供选择。为了施工目的，纤维被捆扎，编织和成形为管和片（厚度达1/2英寸），作为成型布提供，或者仅用于长丝缠绕的常规线。碳纤维在飞行中碳纤维已经在航天器上登月，但它也广泛用于飞机部件和结构，其优越的强度重量比远远超过任何金属。所有碳纤维的30％用于航空航天工业。从直升机到滑翔机，战斗机到超轻型飞机，碳纤维正在发挥作用，增加射程并简化维护。体育用品它在运动用品中的应用范围从跑鞋的加强到冰球杆，网球拍和高尔夫球杆。 “炮弹”（用于划船的船体）是由它构建的，并且许多生命因其在车身结构中的强度和损伤容限而被保存在赛车赛道上。它也用于防撞头盔，适用于攀岩者，骑马者和摩托车手 - 事实上，在任何有头部受伤危险的运动中。军事军队中的应用范围非常广泛 - 从飞机和导弹到防护头盔，在所有军事装备上提供加强和减轻重量。移动重量需要能量 - 无论是士兵的个人装备还是野战医院，减重意味着每加仑汽油的重量更多。几乎每天都会公布一项新的军事申请。也许最新和最具异国情调的军事应用是用于小型化飞行无人机的小扑翼，用于监视任务。当然，我们并不了解所有的军事用途 - 一些碳纤维用途将始终是'黑色行动'的一部分 - 在很多方面。家用碳纤维无论是款式还是实际应用，碳纤维在家中的用途都与您的想象一样广泛。对于那些注重风格的人来说，它通常被标记为“新黑”。如果你想要一个由碳纤维或咖啡桌制成的闪亮的黑色浴缸，那么你就可以拥有现成的。 iPhone手机壳，笔，甚至是领结 - 碳纤维的外观独特而性感。医疗应用碳纤维与医疗领域的其他材料相比具有多种优势，包括它是“射线可透过的” - 对X射线透明并且在X射线图像上显示为黑色。它广泛用于成像设备结构，以支持肢体被X射线照射或用辐射治疗。正在研究使用碳纤维来加强受损的膝关节十字韧带，但最常见的医疗用途可能是假肢 - 假肢。当国际田径联合会未能禁止他参加北京奥运会时，南非运动员奥斯卡皮斯托利斯将碳纤维四肢突显出来。据说他有争议的碳纤维右腿给了他不公平的优势，关于这一点仍然存在相当大的争议。汽车工业随着成本降低，碳纤维在汽车中被广泛采用。 Supercar车身现已建成，但其更广泛的用途可能是内部组件，如仪表外壳和座椅框架。环境应用作为化学净化器，碳是一种强大的吸收剂。当涉及吸收有害或令人不快的化学品时，表面积很重要。对于给定重量的碳，细丝具有比颗粒大得多的表面积。虽然我们看到活性炭颗粒用作宠物垫料和水净化，但是更广泛的环境使用的潜力是显而易见的。DIY尽管具有高科技形象，但易于使用的套件可以使碳纤维用于各种家庭和业余爱好项目，不仅其强度，而且其视觉吸引力是一个好处。无论是布料，实心板材，管材还是线材，太空时代材料现在都可以广泛用于日常工程。Měitiān dū yǒu tànxiān

碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。 碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。国外世界碳纤维产量达到每年4万吨以上，全世界主要是日本美国德国以及韩国等少数国家掌握了碳纤维生产的核心技术，并且有规模化大生产。当前，全球碳纤维核心技术被牢牢掌控在少数发达国家手中。一方面，以美日为首的发达国家始终保持着对中国碳纤维行业严格的技术封锁；另一方面，国外碳纤维行业领先企业开始进入中国市场，中国本土碳纤维企业的压力大增。虽然中国加大了对碳纤维行业的引导和扶持力度，但在较大的技术差距下，国产碳纤维的突围之路仍然坎坷。中国中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快，安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年PAN基碳纤维，使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。从2000年开始中国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。利用自主技术研制的少数国产T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持。