碳纖維綜合系列專題【三】碳纖維特性分析

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發(fā)表于 2017-4-13 15:31:10 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

碳纖維綜合系列專題【一】碳纖維制造原理

碳纖維綜合系列專題【二】碳纖維發(fā)展歷史

碳纖維兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征,是一種的力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。在物理性能上具有強(qiáng)度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，被稱為新材料之王。具體特性可歸納如下：

(一)輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高模量

碳纖維的密度是1.6~2.15g/cm3,碳纖維拉伸強(qiáng)度在2.2Gpa以上，拉伸模量在230GPa以上。因此，具有高的比強(qiáng)度和比模量，它比絕大多數(shù)金屬的比強(qiáng)度高7倍以上，比模量為金屬的5倍以上。由于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材等。

碳纖維水陸兩棲飛機(jī)

(二)熱膨脹系數(shù)小

絕大多數(shù)碳纖維本身的熱膨脹系數(shù)，室溫為負(fù)數(shù)(-0.5~-1.6)×10-6/K，在200~400℃時(shí)為零，在小于1000℃時(shí)為1.5×10-6/K。由它制成的復(fù)合材料膨脹系數(shù)自然比較穩(wěn)定，可作為標(biāo)準(zhǔn)衡器具。

(三)導(dǎo)熱性好

通常無機(jī)和有機(jī)材料的導(dǎo)熱性均較差，但碳纖維的導(dǎo)熱性接近于鋼鐵。利用這一優(yōu)點(diǎn)可作為太陽能集熱器材料、傳熱均勻的導(dǎo)熱殼體材料。

碳纖維結(jié)構(gòu)太陽能驅(qū)動(dòng)飛機(jī)可實(shí)現(xiàn)5年持續(xù)巡航

(三)耐化學(xué)腐蝕性好

從碳纖維的成分可以看出，它幾乎是純碳，而碳又是最穩(wěn)定的元素之一。它除對(duì)強(qiáng)氧化酸以外，對(duì)各種酸、堿和有機(jī)化學(xué)藥品都很穩(wěn)定，可制成各種各樣的化工防腐制品。我國已開始從事這方面的應(yīng)用研究，隨著今后碳纖維的價(jià)格不斷降低，其應(yīng)用范圍會(huì)越來越廣。

仿生“水泡”碳纖維復(fù)合材料建筑

(三)耐磨性好

碳纖維與金屬對(duì)磨時(shí)，很少損耗，用碳纖維來取代石棉制成高級(jí)的摩擦材料，已作為飛機(jī)和汽車的剎車片材料等。

高性能碳纖維制動(dòng)/剎車片

(六)耐高溫性能好

碳纖維在400℃以下性能非常穩(wěn)定，甚至在1000℃時(shí)仍無太大變。復(fù)合材料耐高溫性能主要取決于基體的耐熱性，樹脂基復(fù)合材料其長期耐熱性只達(dá)300℃左右；陶瓷基、碳基和金屬基的復(fù)合材料耐高溫性能可與碳纖維本身匹配。因此碳纖維復(fù)合材料作為耐高溫材料已廣泛用于航空航天工業(yè)。

(七)突出的阻尼與優(yōu)良的透聲納

利用這二種特點(diǎn)可作為潛艇的結(jié)構(gòu)材料，如潛艇的聲納導(dǎo)流罩等。

(八)高X射線透射率

發(fā)揮此特點(diǎn)已在醫(yī)療器械中得到應(yīng)用。

碳纖維醫(yī)療床板

(九)疲勞強(qiáng)度高

碳纖維的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制成的復(fù)合材料，經(jīng)應(yīng)力疲勞數(shù)百萬次的循環(huán)試驗(yàn)后，其強(qiáng)度保留率仍有60%，而鋼材為40%，鋁材為30%，而玻璃鋼則只有20%~25%。因此設(shè)計(jì)制品所取的安全系數(shù)，碳纖維復(fù)合材料為最低。

碳纖維復(fù)合材料

隨著對(duì)碳纖維復(fù)合材料認(rèn)識(shí)的不斷深化，以及制造技術(shù)水平的不斷提升，碳纖維復(fù)合材料在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究與裝備不斷取得進(jìn)展，借鑒國際先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，牽引高性能碳纖維及其復(fù)合材料的國產(chǎn)化步伐，對(duì)于改變經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排具有重要的戰(zhàn)略意義。

碳纖維