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        碳纖維復合材料是什么?

        2020-08-03

         碳纖維復合材料 

        碳纖維是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成,含碳量高于90%的無機高性能纖維,是一種力學性能優異的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼備紡織纖維的柔軟可加工型,是新一代增強纖維。

        概況

        復合材料大家族中,纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂復合的玻璃鋼問世以來,碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的復合材料相繼研制成功,性能不斷得到改進,使其復合材料領域呈現出一派勃勃生機。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復合材料

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         結構

        碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小,因此有很高的比強度。

        碳纖維是由含碳量較高,在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維,經熱穩定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。

        碳纖維是一種力學性能優異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比鋼高。

        用途

        碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合,制成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料,其比強度、比模量綜合指標,在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域,在要求高溫、化學穩定性高的場合,碳纖維復合材料都頗具優勢。

        碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的,現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻,促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期,高性能及超高性能的碳纖維相繼出現,這在技術上是又一次飛躍,同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。

        由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料,由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤,就可使運載火箭減輕500公斤。所以,在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機,它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4,占機翼重量的1/3。據報道,美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等,都是用先進的碳纖維復合材料制成的。

        現在的F1(世界一級方程錦標賽)賽車,車身大部分結構都用碳纖維材料。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外,一般不單獨使用,多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構成復合材料。碳纖維增強的復合材料可用作飛機結構材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。

        優勢

        1、高強度(是鋼鐵的5倍)

        2、出色的耐熱性(可以耐受2000℃以上的高溫)

        3、出色的抗熱沖擊性

        4、低熱膨脹系數(變形量小)

        5、熱容量小(節能)

        6、比重小(鋼的1/5)

        7、良好的抗腐蝕與輻射性能



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