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第1章 碳纤维的基本概况1

1.1 碳纤维研究和开发的历史1

1.1.1 早期研发和工业化过程1

1.1.2 PAN基碳纤维的发展3

1.1.3 现阶段世界范围内碳纤维供需格局4

1.2 碳纤维的制造过程7

1.2.1 原丝的制造7

1.2.2 碳纤维制造过程12

1.3 碳纤维的应用概述14

1.3.1 碳纤维的节能减排效果14

1.3.2 碳纤维的应用范围15

1.3.3 碳纤维的应用趋势16

1.4 国内碳纤维的发展17

1.4.1 国内碳纤维开发历程17

1.4.2 目前国内碳纤维行业所处阶段18

1.4.3 国际上对国内碳纤维的态度19

参考文献21

第2章 碳纤维的结构与特性23

2.1 碳纤维的结构特点23

2.1.1 石墨的结构23

2.1.2 碳纤维的结构25

2.2 碳纤维的形态与分类28

2.2.1 碳纤维的形态28

2.2.2 碳纤维的分类32

2.3 PAN基碳纤维的机械性能35

2.4 PAN基碳纤维的其他性能37

2.4.1 热性能37

2.4.2 耐化学性38

2.4.3 电磁性能39

2.4.4 生物亲和性39

参考文献40

第3章 碳纤维生产过程中的关键技术41

3.1 PAN分子结构控制与聚合过程模拟技术41

3.1.1 原丝中PAN分子结构的控制42

3.1.2 PAN 的聚合机理43

3.1.3 PAN聚合过程的建模与模拟计算45

3.1.4 均聚PAN模拟实例47

3.2 原丝结构形态控制技术51

3.2.1 干喷湿纺技术52

3.2.2 水蒸气加压牵伸技术57

3.3 PAN原丝高温处理技术64

3.3.1 高温热处理过程的工艺特点64

3.3.2 高温处理设备69

3.4 碳纤维表面设计技术78

3.4.1 氧化处理79

3.4.2 等离子处理82

3.4.3 上浆处理84

3.4.4 其他表面处理方法88

3.4.5 表面处理效果的评价88

3.5 碳纤维高性能化技术89

3.5.1 碳纤维强度的提高90

3.5.2 碳纤维杨氏模量的提高92

3.5.3 碳纤维的性能稳定与品质保证94

参考文献96

第4章 CFRP的设计与制备100

4.1 CFRP的设计101

4.1.1 复合材料的可设计性101

4.1.2 复合材料设计的基本事项101

4.1.3 CFRP设计的特征105

4.2 CFRP材料的成型107

4.2.1 成型技术概要107

4.2.2 成型技术分论110

4.3 CFRP的机械加工115

4.3.1 CFRP机械加工的特点115

4.3.2 切断加工116

4.3.3 车削和铣削117

4.3.4 钻削117

4.3.5 磨削和抛光117

4.3.6 其他加工118

4.4 CFRP部件的连接与固定118

4.4.1 黏结结合118

4.4.2 机械结合119

4.5 CFRP部件的表面装饰120

参考文献121

第5章 CFRP基体材料122

5.1 树脂体系的选择122

5.2 热固性树脂124

5.2.1 环氧树脂125

5.2.2 不饱和聚酯树脂129

5.2.3 乙烯酯树脂130

5.2.4 酚醛树脂130

5.2.5 耐高温性树脂131

5.3 热塑性树脂133

5.3.1 聚醚醚酮135

5.3.2 聚苯硫醚136

5.3.3 聚醚酰亚胺137

5.3.4 聚碳酸酯138

5.3.5 聚酰胺139

5.3.6 饱和聚酯141

参考文献141

第6章 CFRP成型加工技术142

6.1 碳纤维预成型物143

6.1.1 碳纤维预成型物的开发历史143

6.1.2 碳纤维预成型物144

6.1.3 先进预成型技术的发展与应用149

6.2 碳纤维中间成型产物151

6.2.1 预浸料151

6.2.2 片状模塑料156

6.3 先进CFRP成型加工技术157

6.3.1 热压罐成型技术的发展157

6.3.2 RTM成型技术的发展158

6.3.3 先进拉挤成型162

6.3.4 水溶性模具成型系统163

6.3.5 铺放成型技术165

6.3.6 非加热成型技术166

6.4 非连续纤维增强热塑性树脂的成型方法167

6.4.1 长纤维增强热塑性树脂168

6.4.2 LFT的成型方法169

参考文献170

第7章 CFRP的应用172

7.1 航空航天领域173

7.1.1 CFRP在飞机中的应用174

7.1.2 CFRP在火箭领域内的应用184

7.1.3 CFRP在卫星上的应用185

7.1.4 CFRP在空间望远镜领域的应用186

7.2 体育休闲领域187

7.2.1 钓鱼竿187

7.2.2 高尔夫球杆188

7.2.3 球拍188

7.2.4 其他体育用品189

7.3 汽车制造领域189

7.3.1 CFRP在赛车领域的应用189

7.3.2 CFRP在汽车中的应用192

7.4 能源相关领域196

7.4.1 CFRP在风力发电中的应用196

7.4.2 CFRP在海上油气开采中的应用199

7.4.3 CFRP在压力容器中的应用201

7.4.4 CFRP在燃料电池中的应用203

7.4.5 CFRP在输电线缆中的应用205

7.5 船舶海事领域207

7.5.1 CFRP在海上游艇和赛艇中的应用208

7.5.2 CFRP在海军舰艇中的应用209

7.6 基础建设领域212

7.6.1 碳纤维筋取代钢筋212

7.6.2 建筑物维修加固213

7.6.3 碳纤维增强水泥214

7.6.4 碳纤维管道修复215

7.6.5 碳纤维在基建领域的其他应用216

7.7 其他领域216

7.7.1 工业辊筒216

7.7.2 电子设备壳体217

7.7.3 医疗健康领域217

参考文献217

第8章 碳纤维领域的研究前沿221

8.1 低成本碳纤维生产技术221

8.1.1 碳纤维的成本构成223

8.1.2 碳纤维成本降低技术227

8.2 碳纤维回收再利用技术233

8.2.1 碳纤维复合材料的处理方法235

8.2.2 碳纤维回收技术235

8.2.3 回收碳纤维的再利用技术238

8.2.4 回收碳纤维的应用领域240

8.2.5 CFRP循环利用技术241

8.2.6 碳纤维回收再利用技术的前景241

8.3 高速一体成型技术241

8.3.1 超高速固化树脂技术242

8.3.2 高速树脂含浸技术244

8.3.3 立体赋型技术245

8.3.4 自动成型系统246

参考文献247