碳纤维复合材料范文

碳纤维复合材料范文碳纤维复合材料范文 碳纤维复合材料在复合材料大家族中 纤维增强材料一直是人们关 注的焦点 自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来 碳纤维 陶瓷纤维 以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功 性能不断得到改进 使 其复合材料领域呈现出一派勃勃生机 下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料 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 碳纤维具有一般碳素材料的特性 如耐高温 耐摩擦 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 碳纤维是由含碳量较高 在热处理过程中不熔融的人造化学纤维 经热稳定氧化处理 碳化处理及石墨化等工艺制成的 碳纤维是一种力学性能优异的新材料 它的比重不到钢的1 4 碳纤 维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上 是钢的7 9倍 抗 拉弹性模量为23000 43000Mpa亦高于钢 因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa g cm 3 以上 59Mpa g cm3 左右 其比模量也比钢高 而A3钢的比强度仅为碳纤维的主要用途是与树脂 金属 陶瓷等基 体复合 制成结构材料 碳纤维增强环氧树脂复合材料 其比强度 比模量综合指标 在现 有结构材料中是最高的 在密度 刚度 重量 疲劳特性等有严格要求的领域 在要求高温 化学稳定性高的场合 碳纤维复合材料都颇具优势 碳纤维是50年代初应火箭 宇航及航空等尖端科学技术的需要而产 生的 现在还广泛应用于体育器械 纺织 化工机械及医学领域 随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻 促使科技工作者 不断努力提高 80年代初期 高性能及超高性能的碳纤维相继出现 这在技术上是 又一次飞跃 同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶 段 被誉为 梦幻材料 的碳纤维 由于它强度高 质轻 加工性好 耐 腐蚀和高模量 采用玻璃钢技术 应用于航天航空和军事 能源交 通等重要领域 由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料 由于其比 重小 刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料 因为航天飞行器的重量每减少1公斤 就可使运载火箭减轻500公斤 所以 在航空航天工业中争相采用先进复合材料 有一种垂直起落战斗机 它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1 4 占机翼重量的1 3 据报道 美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导 弹发射管等 都是用先进的碳纤维复合材料制成的 现在的F1 世界一级方程锦标赛 赛车 车身大部分结构都用碳纤 维材料 顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维 用以提高气动性和结构 强度碳纤维可加工成织物 毡 席 带 纸及其他材料 传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外 一般不单独使用 多作 为增强材料加入到树脂 金属 陶瓷 混凝土等材料中 构成复合 材料 碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料 电磁屏蔽除电材料 人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳 机动船 工业机 器人 汽车板簧和驱动轴等 目前 碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用碳纤 维是一种纤维状碳材料 它是一种强度比钢的大 密度比铝的小 比不锈钢还耐腐蚀 比耐 热钢还耐高温 又能像铜那样导电 具有许多宝贵的电学 热学和 力学性能的新型材料 用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧 而且消耗动 力少 推力大 噪音小 用碳纤维制电子计算机的磁盘 能提高计 算机的储存量和运算速度 用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等 宇宙飞行器 机械强度高 质量小 可节约大量的燃料 1999年发生在南联盟科索沃的战争中 北约使用石墨炸弹破坏了南 联盟大部分电力供应 其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维 云 这些导电性纤维使供电系统短路 目前 人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维 只能采用一些含 碳的有机纤维 如尼龙丝 腈纶丝 人造丝等 做原料 将有机纤 维跟塑料树脂结合在一起 放在稀有气体的气氛中 在一定压强下 强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料 其化学组成中含碳量在90 以上 由于碳的单质在高温下不能熔化 在3800K以上升华 而在各种溶 剂中都不溶解 所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维 碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解 来制取 上前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固 相碳化制得的 其产生的步骤为A预氧化在空气中加热 维持在200 300度数十至数百分钟 预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构 以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态 B碳化在惰性气氛中加热至1200 1600度 维持数分至数十分钟 就可生成产品碳纤维 所用的惰性 气体可以是高纯的氮气 氩气或氦气 但一般多用高纯氮气 C石墨化再在惰性气氛 一般为高纯氩气 加热至2000 3000度 维持数秒至数十秒钟 这样生成的碳纤维也称石墨纤维 碳纤维有极好的纤度 纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数 一般仅约为19克 拉力高达300KG MM2 还有耐高温 耐腐蚀 导电 传热 彭胀系数小等一系列优异性能 目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能 目前 碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用 这种增强塑料比钢 玻璃钢更优越 用途非常广泛 如制造火箭 宇宙飞船等重要材料 制造喷气式发动机 制造耐腐蚀化工设备等 羽毛球现在大部分羽毛球拍杆由碳纤维制成 碳纤维 carbon fibre含碳量高于90 的无机高分子纤维 其中含碳量高于99 的称石墨纤维 碳纤维的轴向强度和模量高 无蠕变 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 耐腐蚀性好 纤维的密度 低 X射线透过性好 但其耐冲击性较差 容易损伤 在强酸作用下发生氧化 与金属复 合时会发生金属碳化 渗碳及电化学腐蚀现象 因此 碳纤维在使用前须进行表面处理碳纤维可分别用聚丙烯腈纤 维 沥青纤维 粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得 按状态分为长丝 短纤维和短切纤维 按力学性能分为通用型和高性能型 通用型碳纤维强度为1000兆帕 MPa 模量为100GPa左右 高性能型碳纤维又分为高强型 强度2000MPa 模量250GPa 和高模 型 模量300GPa以上 强度大于4000MPa的又称为超高强型 模量大于450GPa的称为超高模 型 随着航天和航空工业的发展 还出现了高强高伸型碳纤维 其延伸 率大于2 用量最大的是聚丙烯腈基碳纤维 碳纤维可加工成织物 毡 席 带 纸及其他材料 碳纤维除用作绝热保温材料外 一般不单独使用 多作为增强材料 加入到树脂