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解讀碳纖維復(fù)合材料的性能特點與不足
發(fā)布時間:2016-08-01
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碳纖維碳纖維復(fù)合材料主要運(yùn)用在汽車上,碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為 23000~43000Mpa也高于鋼。一起來了解碳纖維復(fù)合材料的性能特點與不足吧。
 
碳纖維復(fù)合材料的性能特點

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,不同于其他使用傳統(tǒng)纖維,如玻璃纖維或芳香族聚酰胺纖維等的FRP復(fù)合材料,CFRP復(fù)合材料的優(yōu)良性能包括:

重量輕——傳統(tǒng)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料采用連續(xù)的玻璃纖維,其含量為70%(重量玻璃/總重量),每立方英寸的密度通常為0.065磅。
 
強(qiáng)度高——CFRP復(fù)合材料盡管重量輕,然而相比于玻璃纖維復(fù)合材料,每單位重量的CFRP復(fù)合材料卻具有更高的強(qiáng)度和更大的硬度。而與金屬材料相比時,這一優(yōu)勢則更加突出。例如,經(jīng)驗告訴我們,CFRP材料相比于鋼材,在等強(qiáng)度條件下,其重量只有鋼的1/5。可以想像為什么所有汽車制造企業(yè)都在研究使用碳纖維來代替鋼材,從而提高其產(chǎn)品性能。
 
當(dāng)CFRP復(fù)合材料與鋁,質(zhì)量最輕的金屬之一,相比較時,根據(jù)基本假設(shè),等強(qiáng)度的鋁材,其重量約為碳纖維體的1.5倍。當(dāng)然實驗中也存在許多其他變量,可能會影響對比結(jié)果,比如,材料的檔次和質(zhì)量不同,復(fù)合過程,生產(chǎn)過程,纖維結(jié)構(gòu)及品質(zhì)也需要被考慮在內(nèi)。
 
碳纖維復(fù)合材料的缺點與不足
 
成本高——盡管CFRP復(fù)合材料性能優(yōu)異,為什么碳纖維沒有廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)呢?目前,CFRP復(fù)合材料生產(chǎn)成本過高。根據(jù)當(dāng)前的市場情況(供給和需求),碳纖維的種類(航天VS商品級),纖維束的大小不同,纖維的價格也判若云泥。每磅碳纖維原材料的價格,可達(dá)5-25倍玻璃纖維價格不等。而相比于鋼材,CFRP材料的高成本性就更加突出了。
 
導(dǎo)電性——這既可以作為碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢,也可能成為實際應(yīng)用中的一個缺陷。碳纖維導(dǎo)電性極強(qiáng),而玻璃纖維是絕緣的。許多產(chǎn)品使用玻璃纖維,而不能用碳纖維或金屬替代,是因為其要求具備嚴(yán)格的絕緣性。
 
在公用設(shè)施生產(chǎn)中,許多產(chǎn)品都需要使用玻璃纖維。例如,梯子的生產(chǎn)使用玻璃纖維作為梯架,原因在于:當(dāng)玻璃纖維梯子與電力線接觸時,觸電的可能性會降低許多。而碳纖維梯子導(dǎo)電性極強(qiáng),后果則不可想象。
 
盡管碳纖維復(fù)合材料的成本居高不下,然而伴隨著科技進(jìn)步,更多高效益產(chǎn)品的涌現(xiàn)指日可待。或許在不遠(yuǎn)的將來,我們將有望見證高性能碳纖維產(chǎn)品在消費(fèi)市場,工業(yè)生產(chǎn)和汽車制造中的大范圍應(yīng)用。(文章來源:合家網(wǎng))

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