聊聊碳纤维的那些事儿

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聊聊碳纤维的那些事儿

文章出处:人气:-发表时间:2016-10-25 11:59【

碳纤维

近年来,人们越来越注重运动生活,而随着单车运动在国内的迅速发展,很多车友选择碳纤维自行车作为自己的“坐骑”。那么,为什么这么多人选择碳纤维自行车?碳纤维到底有什么优点呢?下面,上海悍马小编就带领大家探寻一下碳纤维的大世界~

组成结构

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。碳纤维各层面间的间距约为3。39到3。42A,各平行层面间的各个碳原子,排列不如石墨那样规整,层与层之间借范德华力连接在一起。

通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。

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。

化学性质

碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。碳纤维的化学性质与碳相似,它除能被强氧化剂氧化外,对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400℃时则出现明显的氧化,生成CO与CO2。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性,不溶不胀,耐蚀性出类拔萃,完全不存在生锈的问题。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用,很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍,从碳素材料的化学性质分析,在≤250℃环境下,碳素材料既没有明显的氧化发生,也没有生成碳化物和层间化合物生成。

物理特性

碳纤维

碳纤维是高级复合材料的增强材料,具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点。

轻质、高强度、高模量

碳纤维的密度是1。6-2。5g/cm3,碳纤维拉伸强度在2。2Gpa以上。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。由于这个优点,其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。

热膨胀系数小

绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数,室内为负数(-0.5~-1.6)×10-6/K,在200~400℃时为零,在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定,可作为标准衡器具。

导热性好

通常无机和有机材料的导热性均较差,但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。

耐化学腐蚀性好

从碳纤维的成分可以看出,它几乎是纯碳,而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外,对酸、碱和有机化学药品都很稳定,可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究,随着今后碳纤维的价格不断降低,其应用范围会越来越广。

耐磨性好

碳纤维与金属对磨时,很少磨损,用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料,已作为飞机和汽车的刹车片材料。

耐高温性能好

碳纤维在400℃以下性能非常稳定,甚至在1000℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性,树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右,陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。

突出的阻尼与优良的透声纳

利用这二种特点可作为潜艇的结构材料,如潜艇的声纳导流罩等。

高X射线透射率

此特点已经在医疗器材中得到应用。

疲劳强度高

碳纤维的结构稳定,制成的复合材料,经应力疲劳数百万次的循环试验后,其强度保留率仍有60%,而钢材为40%,铝材为30%,而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数,碳纤维复合材料为最低。

碳纤维的分类

碳纤维布

按原料来源

可分为聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维。

按丝束大小

大丝束

工业级;每束碳纤维的根数等于或大于46000-48000根;一般指48~480K;价格便宜。

小丝束

宇航级;每束碳纤维的根数小于或等于24000根;一般指1~24K;价格较高。

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、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。强度大于4000兆帕的又称为超高强型;模量大于450G帕的称为超高模型。
碳纤维原丝企业

全球前 5 大碳纤维生产企业产能占比 61%

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全球小丝束碳纤维行业集中度


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此文关键字:碳纤维;碳纤维自行车
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