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一、碳纤维及其复合材料

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。金属基复合材料具有耐高温、高导热能力、低的热膨胀系数和特定的高刚度和强度。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。

碳纤维比重小，因此有很高的“比强度”。碳纤维属于聚合物碳，是有机纤维经固相反应转变为纤维状的无机碳化合物。未来风力发电叶片制造中，碳纤维代替部分玻璃纤维应用于叶片、且用量逐步增加是高性能碳纤维复合材料发展的必然结果。碳纤维是一种新型非金属材料，它和它的复合材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能，碳纤维单独使用时主要是利用其耐热性、耐蚀性、导电性和其它性质。

我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近40年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。因此，它在体育用品方面得到了广泛的应用，其用量几乎占全世界碳纤维总消耗量的40％左右1)。20世纪70年代初突破连续化工艺，1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国条PAN基碳纤维扩大试验生产线，生产能力为2t／a；20世纪80年展了高强型碳纤维的研究，

于1998年建成一条新的中试生产线，规模为40t／a。我国主要研究单位有山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。

目前国内小规模PAN基碳纤维生产企业和科研院所共十余家，生产企业为吉化公司，生产能力100t／a；碳纤维材料的成型工艺方法及应用碳纤维材料成型主要有两种，一种是热固化成型，一种是热塑型成型。现有装置生产总能力号称300t／a，实际年产量不足100t；且产品质量不稳定，达不到T300的水平。目前制约我国碳纤维发展的首要原因是PAN原丝质量不过

碳纤维材料如果应用在轨道交通车辆上,除了满足强度、刚度、减重方面的要求,安全性一定时绕不开的话题。经过很多高铁列车的相关事故出现，人们开始对高铁的安全性质疑，甚至是影响未来高铁走向世界的重要因素。安全性核心就在于防火问题，高铁列车是一个密封空间当火灾发生时，乘客是没有办法逃生的。特别是进入90年代以后，由于PAN基碳纤维性能优越，应用领域日益扩展。而且阻燃性不好的话造成的伤害更大，那么使用碳纤维后，因碳纤维具有一定的阻燃性、烟密度、熔滴性以及烟毒性等应用在列车上。这也是为什么高铁要使用碳纤维材料的原因。

碳纤维复合材料构件在制作的过程中一次成型只能做到比较规整的形状，并不能实现所有的设计特征，这就需要进行二次加工来完成剩余的工艺，对于碳纤维复合材料来说可加工性是它的优势，再加上二次加工技术能够完好的对产品进行加工。

碳纤维复合材料二次加工包括孔加工、特殊形状切割加工、盲槽加工、表面打磨加工等，但是不管是什么类型的加工再切削加工时都会出现其他情况，例如钻孔分层、加速刀具的磨损等，就钻孔加工来说它的特性有很多