文档介绍：第 27 卷第 3 期航天器环境工程
2010 年 6 月 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 269
碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望
唐见茂
(中国材料研究学会,北京 100048)
摘要:文章较系统地介绍了碳纤维树脂基复合材料的优异性能、产业背景、新技术国际发展趋势、我国产
业化发展现状及存在的主要问题,并有针对性地提出对策和建议,可供从事复合材料研究开发的相关人员、产
业界人士及有关政府管理部门参考。
关键词:先进复合材料;新技术;发展趋势;产业化
中图分类号:TH117 文献标识码:A 文章编号:1673-1379(2010)03-0269-12
DOI:.1673-
0 前言范围在 6~8 µm 内,是近几十年发展起来的一种
复合材料是将两种或两种以上不同品质的材新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两
料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一大类:聚丙烯***基碳纤维和沥青基碳纤维,分别用
种高性能新材料,按使用要求可分为结构复合材料聚丙烯***原丝(称之为前驱体)、沥青原丝通过专
和功能复合材料,到目前为止,主要的发展方向是门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺,
结构复合材料,但现在也正在发展集结构和功能一使纤维中的氢、氧等元素得以排出,成为一种接近
体化的复合材料。纯碳的材料,含碳量一般都在 90%以上,而本身质
通常将组成复合材料的材料或原材料称之为量却大为减轻;由于碳化过程中对纤维进行了沿轴
组分材料(constituent materials),它们可以是金属、向的预拉伸处理,使得分子沿轴向进行取向排列,
陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言,组分材因而碳纤维轴向拉伸强度大大提高,成为一种轻
料包括基体和增强体,基体是复合材料中的连续质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维
相,其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间材料[2]。
传递载荷;增强体是复合材料中承载的主体,包括用碳纤维和高性能的树脂基体复合而成的先进
纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体,其中纤维树脂基复合材料是目前用得最多,也是最重要的一种
可分为连续纤维、长纤维和短切纤维,按纤维材料结构复合材料。此外,用天然纤维、玻璃纤维和玄武
又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维,而目岩纤维作增强体的树脂基复合材料也在快速发展。
前用得最多的和最重要的是碳纤维[1-2]。表 1 列出了多种碳纤维复合材料(CFRP)和
碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料,直径金属材料的性能。
表 1 多种碳纤维复合材料和金属材料的性能
Table 1 parison posite and metallic materials
密度ρ弹性模量 E 抗拉强度σ比模量(E/ρ) 比强度(σ/ρ) 最高使用温度
材料
/(g⋅cm-3) /GPa /MPa /[GPa/(g⋅cm-3)] /[GPa/(g⋅cm-3)] /℃
钢 SAE1010(冷轧) 207 365 500~650
钢 AISI4340 (调质) 207 1 722 500~650
铝 6061-T6 310 150~250
高强度碳纤维-
1 550 80~215
环氧基(单向)
高模量碳纤维-
215 1 240 80~215
环氧基(单向)
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收稿日期:2010-02-26;修回日期:2010-04-15
作者简介:唐见茂(1944—),男,教授级高级工程师,中国材料研究学会政府工作咨询服务部咨询专家,主要从事国
家高技术新材料发展动态及产业化咨询,新材料重点发展领域规划研究。E-mail:chunrong0625@。
270 航天器环境工程第 27 卷
续表 1
密度ρ弹性模量 E 抗拉强度σ比模量(E/ρ) 比强度(σ/ρ) 最高使用温度
材料
/(g⋅cm-3) /GPa /MPa /[GPa/(g⋅cm-3)] /[GPa/(g⋅cm-3)] /°C
玄武岩纤维-
70 1 000 80~215
环氧基(单向)
E 玻璃纤维-
965 80~215