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碳纤维有哪些优良性能?

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4570 摆渡 发表于 2020-8-21 13:07:38



  碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。



  碳纤维具有许多优良性能,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。



  碳纤维与传统的玻璃纤维相比,杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比,杨氏模量是其2倍左右,在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性突出。



  碳纤维具有高比强度,高比模量,耐高温,耐腐蚀,耐疲劳,抗蠕变,导电,传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。它既可以作为结构材料的增强剂承载负荷,又可作为功能材料发挥作用,因而广泛应用于航空航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域。目前,几乎没有其它任何一种材料能兼具如此众多的特性。从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景,综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能,不少人预料,人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。



  碳纤维的性能参数:碳纤维的密度是1.6~2.15g/cm3, 拉伸强度在2.2GPa以上,模量在230GPa以上。(拉伸强度变化范围为2548~7056MPa,模量为(2.30~5.88)×105MPa,断裂伸长为0.6%~2.4%)高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小。因此,具有高的比强度和比模量,它比绝大多数金属的比强度高7倍以上,比模量为金属的5倍以上。



  近些年来,碳纤维等先进复合材料行业发展十分迅速,碳纤维在高端复合材料市场中应用已相当普及,主要包括军民用航空、体育休闲及民用工业三大领域。




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