碳纤维应用

1科学的魅力东华大学胡学超2008年5月2科学的魅力在哪里?在于对无穷的未知的探索。那么我们的领域有无东西需探索?有无高科技？有3高水平的学科中国纺织大学五星级学科与高分子的渊源产学研特色人才4创始人钱宝钧教授方柏容教授1954年由钱宝钧、方柏容教授创建“化学纤维”专业全国最早建立的高分子材料类专业之一师从意大利米兰工学院诺贝尔奖获得者Natta教授获得首届中国工程科学技术奖5大量高科技的研究内容高科技的开发及未知科学问题的解答增添了无穷兴趣与魅力下面大体介绍一下6兴趣靠积累物理数学化学纤维计算机模拟仿生学—动植物7纺织服装航空航天国防军工电子信息生物医学能源环境纤维材料不单是衣着用的材料而且是国防建设的重要基础材料和战略物资8纤维材料在服用外的其他用途军用纺织品医用纺织品建筑用纺织品农业用纺织品交通工具内装饰水利,交通工程用纺织品特殊服装复合材料9军用纺织品碳纤维增强复合材料（碳-碳复合、碳-硅复合、碳-环氧树脂复合）洲际导弹、隐形飞机每架波音777飞机要用约1万磅碳纤维每架A380所用碳纤维复合材料达40%,27吨高性能纤维装甲车,钢盔、防暴盾牌、防弹车、防弹衣高强高摸PE,PBO,Kevlar智能纤维能信息交流的智能服装，美军将于2010年装备自动抗生物,化学毒试剂服10PAN基碳纤维力学性能最佳应用面最广需求量最大发展最快机身材料的50％为碳纤维复合材料碳纤维在风力发电叶轮中应用碳纤维用于海上采油平台结构材料可作结构材料的PAN基碳纤维11有机高性能纤维材料是航天航空、国防军工等急需的关键材料高强高模PE纤维芳纶PBO纤维有机高性能纤维材料12医用纺织材料纺织品或纤-维增强复合材料中空纤维——人工肾、人工肝、人工肺无纺布——人工皮肤、药物释放材料医用缝合线人造血管、喉管、人体管道介入治疗用器械可自动止血的服装人体可自动吸收,分解的纤维材料13建筑用纺织品膜结构建筑涤纶为底涂聚氯乙烯（目前）玻纤为底涂四氟乙烯（发展中）气囊结构大桥吊索——碳纤维纤维防裂水泥、纤维增强水泥居室装潢14农用纺织品增强膜、天膜、地膜（含无纺布）、遮挡膜无土栽培基质输液管防沙漠化的草皮（无纺布）吸水材料（聚乙烯醇）水产业用网15交通工具内装饰汽车、飞机、船用座椅抗静电、阻燃、防晒、耐脏、美观、舒适安全带、安全气囊、油气过滤、刹车片高强高模帘子线复合材料车壳、保险杠飞机中隔热垫料16水利交通工程用纺织品各种基础设施建设需要各类土工材料水库建设、水坝、水闸河堤、港口、河道改良机场、高速公路、高速铁路17特殊服装方面航天服保健服各类特殊运动服跳伞攀岩蹦极登山潜水科学考察18服用材料方面随着人们生活水平的提高，对服装的要求会越来越高舒适易处理保型色泽鲜亮，色彩丰富透气保湿19新技术在纺织业中的应用生物技术纳米技术信息技术智能纺织材料20生物技术在纺织、纤维方面的应用以植物为原料制备高分子材料PTT纤维（1-3异丙醇）聚乳酸纤维素淀粉纤维纺生技术的应用蜘蛛丝桑蚕丝发酵生产蛋白质21纳米技术高聚物与无机纳米材料共混阻燃、易染、抗静电、抗菌纤维纳米纤维储氢材料、燃料电池、导电材料、过滤材料制备方法电力纺丝分子纺丝板纺丝法聚合成型法22信息技术可快速传递有关时尚信息，加速设计、销售QRS，数字纺织由纤维性能,织造结构,通过计算机软件计算得到面料性能导电材料、纳米材料、光电纤维带有键盘和母板的时装美军的新式作战服23智能纺织材料感知外界信息，并作出反应改变颜色、发生振动、膨胀导电、计算、储存能量潜水衣（测温、导电、加热）滑雪服（相转变材料）传感器降落伞（变色材料）生物传感器纳米传感器抗毒反应型纳米服执行器（Actuators）可做成织物的柔性光电池、光电织物军用导电纳米复合材料、光电半导体装置抗微生物材料仿人工肌肉材料24'ExtremeTextiles'ComeofAge纽约时报2005年4月11日报道新的纺织时代的到来所说内容本文多已提到请看一些照片25REHEATBEFOREUSINGWhenheated,carbonfibersturnpliable.ILCDoverInc.inDelawarehasdevelopedstructuresthatcanbefoldedbeforelaunchingandthenreheatedandunfoldedinspace.Themilitarywillusethetechnologyforaspace-basedradar,andNASAcoulduseitinthefutureforlargespacetelescopes.26BUILDINGWITHAIRTheArmy'sAirBeamisdesignedforeasilyerectedtemporarybuildingslikemedicalbuildingsandaircrafthangars.Youjustunrollit,inflateitandyourtentisstandingup,saidJeanHampeloftheArmySoldierNatickCenter,whichisdevelopingthetechnology.AprototypeisbeingusedforamedicalaidcenterinIraq.27SOFTSWITCHInternationalFashionMachinesofSeattlehasmadealightswitchintheshapeofapompom.Conductivefibersdetectthepressofahand.WhatIdoismakefuzzy,beautiful,conductivethings,saidDr.MargaretOrth,thecompany'sfounder.Youjustsqueezethepompom,andthelightsgoonoroff.Dr.Orthsaidsheexpectedherfabricswitchestoreachstoreslaterthisyear.28POLYMERSKINAprocesscalledelectrospinningmakesfibersoutofanelectricallychargedsolutioncontainingdissolvedpolymersandsticksthemontoanelectricallychargedsurface.Thefibersfallrandomlybutformauniformlayer,evenonathree-dimensionalsurface.It'ssortoflikespray-onGore-Tex,saidDr.HeidiSchreuder-GibsonoftheArmyNatickSoldierCenter.It'sverybreathable,justlikeskin.29BODYENGINEERINGEmbroideredoutofsuturethread,thispieceoftextilewouldbesandwichedinanartificialshoulderjoint.Thestarburstshape,5.75incheswide,allowsthesurgeondifferentoptionsforsecuringthejointinplace30CARBONTOWERPeterTesta,anarchitectinSantaMonica,Calif.,hasdesigneda40-storyskyscraperthatwoulddoawaywithsteelforthestructure.Instead,Mr.Testa'swovenbuilding,showninamodelabove,wouldbeheldupbyacrosshatchedlatticemadeofcarbonfiber,whichisseveraltimesstrongerthansteel.Thebuilding'sinteriorwouldbecompletelyopenexceptfortheelevatorshafts.31DESTINATIONMARSAcocoonof24airbagscushionedthelandingofNASA'sPathfinderroverin1997.TheairbagsconsistedoffourlayersofVectran,ahigh-strengthfiberthatisacousintoKevlarthatbecomesstrongeratcoldertemperatures.SimilarairbagssurroundedtheNASAroversSpiritandOpportunitywhentheylandedonMarslastyear32HOTHANDConductivefibersinthisprototypespacesuitgloveallowcircuitrytobewovenin.Thefibersaremoredurablethanwires33Glass/PPCommingledYarnNylonWrappedCarbonRovingHybridYarnDevelopmentUseofhybridyarnsincombinationwithtextilepreformsenhancesthepotentialoftextilepreformcompositesinhighperformanceapplications.Hybridyarnscanbemanufacturedthroughdifferentwaysincludingco-wrapping,corespinningandcommingling,aimingtogiveuniformdistributionofmatrixandreinforcementfibersaswellastoreducethedamageofreinforcingfibers.Currentlyworkiscarriedoncomminglingandwrappedyarns.34生物技术在制备纤维上，有两种考虑：—生物可降解，分解为水和CO2，参加自然界的大循环。原料来自生物体，不耗用燃料资源，利用太阳能，将CO2和水由叶绿素来合成高分子或高分子原料，典型的例子是：Lyocell和Ingeo，将详细介绍—仿生技术：这是更新一代的技术，其实早就开始了，棉（中空），麻、丝（异形），毛（复合）。现在在更高层次上仿生。35玉米纤维36纤维材料开发的新思路天然可再生资源的利用,源源不绝、环境友好的概念多从自然界动植物中寻求灵感从事绿色材料、仿生材料的研究37美國新經濟雜誌預言，「仿生」是未來人類開創更美好新世界的八大科技之一！自然界生物的各种奇妙功能：蜘蛛絲的强韧性；蜻蜓出色的飞行本领；苍蝇的多种特殊功能；孔雀、蝴蝶美丽的翅膀；夜间活动型蛾（NightMoth）的眼蜂巢奇妙的构造蟑螂灵敏的感知能力啄木鳥的腦殼有最緊密組織的抗震骨骼；墨魚的瞬間加速可以達到每小時20哩；蜂鳥飛行600哩旅程耗費不到十分之一盎司的能量；荷花叶面有絕佳的抗污性(self-cleaningproperties)和撥水性(waterrepellent)；生物的骨骼構造比鋼鐵強硬；自然生命世界蘊藏所有科技的奧秘與答案……。38蜻蜓出色的飞行本领飞行速度：150公里/小时飞行耐力：1000公里飞行之王！！！39蝇眼的視覺功能複眼為許多單眼的結合，可使焦距大幅縮短350度的视角能看清快速移动物(紫外光）應用複眼機制，可製造出極薄的感知