新型碳纤维材料的特性、应用及未来发展趋势

# 新型碳纤维材料
- 基本概念
  - 定义
    - 含碳量>90%的高强度、高模量纤维材料
  - 主要成分
    - 聚丙烯腈（PAN）
    - 沥青基
    - 粘胶基
  - 微观结构
    - 石墨晶体定向排列
- 分类
  - 按原料
    - PAN基碳纤维
    - 沥青基碳纤维
      - 特点：高导热
    - 粘胶基碳纤维
      - 特点：耐高温
  - 按性能
    - 高强型
      - 示例：T800、T1000
    - 高模型
      - 示例：M40J、M60J
    - 高强高模兼具型
- 关键特性
  - 物理性能
    - 轻质
      - 密度：1.6-2.0 g/cm³
    - 高强度
      - 强度：5-7 GPa
    - 高模量
      - 模量：200-900 GPa
  - 化学性能
    - 耐腐蚀
    - 抗氧化
      - 需表面处理
  - 热学性能
    - 耐高温
      - 惰性气氛下>2000℃
  - 电学性能
    - 导电
    - 电磁屏蔽
- 制备工艺
  - 主要流程
    - 原丝制备
    - 预氧化
      - 温度：200-300℃
    - 碳化
      - 温度：1000-2000℃
    - 石墨化
      - 温度：>2500℃
    - 表面处理
  - 新技术
    - 等离子体表面改性
    - 纳米掺杂
      - 碳纳米管
      - 石墨烯增强
- 应用领域
  - 航空航天
    - 应用：飞机机身、卫星部件
    - 优势：减重30%以上
  - 汽车工业
    - 应用：新能源车电池箱、车身结构
  - 能源
    - 应用：风电叶片、燃料电池双极板
  - 体育器材
    - 应用：高尔夫球杆、自行车架
  - 医疗
    - 应用：假肢、影像设备支撑件
  - 国防
    - 应用：无人机、导弹壳体
- 技术挑战
  - 成本高
    - 原丝及能耗成本占比大
  - 回收困难
    - 热固性树脂基复合材料的回收
  - 界面结合问题
    - 纤维与基体粘结强度
- 未来趋势
  - 低成本化
    - 开发新型前驱体
      - 示例：木质素基
  - 高性能化
    - 纳米复合增强
      - 碳纳米管/石墨烯杂化
  - 绿色制造
    - 低温碳化技术
    - 生物基碳纤维
  - 智能应用
    - 自感知碳纤维
      - 嵌入传感器
- 代表企业与产品
  - 日本东丽
    - 产品：Toray T系列
  - 德国西格里
    - 产品：SGL Carbon
  - 中复神鹰
    - 产品：国产T800级