佛山南海遠東機動車配件有限公司 : 碳纖維的特性及應用
2019-02-15 / 管理員：遠東
碳纖維的特性及應用
碳纖維是高級復合材料的增強材料，具有輕質、高強、高模、耐化學腐蝕、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)點，歸納如下：
一、輕質、高強度、高模量
碳纖維的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纖維拉伸強度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比強度和比模量，它比絕大多數(shù)金屬的比強度高7倍以上，比模量為金屬的5倍以上。由于這個優(yōu)點，其復合材料可廣泛應用于航空航天、汽車工業(yè)、運動器材等。
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)，室內為負數(shù)（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃時為零，在小于1000℃時為1.5×10-6/K。由它制成的復合材料膨脹系數(shù)自然比較穩(wěn)定，可作為標準衡器具。
三、導熱性好
通常無機和有機材料的導熱性均較差，但碳纖維的導熱性接近于鋼鐵。利用這一優(yōu)點可作為太陽能集熱器材料、傳熱均勻的導熱殼體材料。
四、耐化學腐蝕性好
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。它除對強氧化酸以外，對酸、堿和有機化學藥品都很穩(wěn)定，可以制成各種各樣的化學防腐制品。我國已從事這方面的應用研究，隨著今后碳纖維的價格不斷降低，其應用范圍會越來越廣。
五、耐磨性好
碳纖維與金屬對磨時，很少磨損，用碳纖維來取代石棉制成高級的摩檫材料，已作為飛機和汽車的剎車片材料。
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℃時仍無太大變化。復合材料耐高溫性能主要取決于基體的耐熱性，樹脂基復合材料其長期耐熱性只達300℃左右，陶瓷基、碳基和金屬基的復合材料耐高溫性能可與碳纖維本身匹配。因此碳纖維復合材料作為耐高溫材料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
利用這二種特點可作為潛艇的結構材料，如潛艇的聲納導流罩等。
八、高X射線透射率
發(fā)揮此特點已經(jīng)在醫(yī)療器材中得到應用。
九、疲勞強度高
碳纖維的結構穩(wěn)定，制成的復合材料，經(jīng)應力疲勞數(shù)百萬次的循環(huán)試驗后，其強度保留率仍有60%，而鋼材為40%，鋁材為30%，而玻璃鋼則只有20%-25%.因此設計制品所取的安全系數(shù)，碳纖維復合材料為最低。
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碳纖維是高級復合材料的增強材料，具有輕質、高強、高模、耐化學腐蝕、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)點，歸納如下：
一、輕質、高強度、高模量
碳纖維的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纖維拉伸強度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比強度和比模量，它比絕大多數(shù)金屬的比強度高7倍以上，比模量為金屬的5倍以上。由于這個優(yōu)點，其復合材料可廣泛應用于航空航天、汽車工業(yè)、運動器材等。
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)，室內為負數(shù)（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃時為零，在小于1000℃時為1.5×10-6/K。由它制成的復合材料膨脹系數(shù)自然比較穩(wěn)定，可作為標準衡器具。
三、導熱性好
通常無機和有機材料的導熱性均較差，但碳纖維的導熱性接近于鋼鐵。利用這一優(yōu)點可作為太陽能集熱器材料、傳熱均勻的導熱殼體材料。
四、耐化學腐蝕性好
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。它除對強氧化酸以外，對酸、堿和有機化學藥品都很穩(wěn)定，可以制成各種各樣的化學防腐制品。我國已從事這方面的應用研究，隨著今后碳纖維的價格不斷降低，其應用范圍會越來越廣。
五、耐磨性好
碳纖維與金屬對磨時，很少磨損，用碳纖維來取代石棉制成高級的摩檫材料，已作為飛機和汽車的剎車片材料。
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℃時仍無太大變化。復合材料耐高溫性能主要取決于基體的耐熱性，樹脂基復合材料其長期耐熱性只達300℃左右，陶瓷基、碳基和金屬基的復合材料耐高溫性能可與碳纖維本身匹配。因此碳纖維復合材料作為耐高溫材料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
利用這二種特點可作為潛艇的結構材料，如潛艇的聲納導流罩等。
八、高X射線透射率
發(fā)揮此特點已經(jīng)在醫(yī)療器材中得到應用。
九、疲勞強度高
碳纖維的結構穩(wěn)定，制成的復合材料，經(jīng)應力疲勞數(shù)百萬次的循環(huán)試驗后，其強度保留率仍有60%，而鋼材為40%，鋁材為30%，而玻璃鋼則只有20%-25%.因此設計制品所取的安全系數(shù)，碳纖維復合材料為最低。
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