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碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料,碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨,是亂層石墨結(jié)構(gòu)。
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)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為230~430Gpa亦高于鋼,因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比鋼高,材料的比強度愈高,則構(gòu)件自重愈碳纖維布膠小,比模量愈高,則構(gòu)件的剛度愈大,從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。
綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料,金屬基復(fù)合材料,陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能,不少人預(yù)料,人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進入到一個復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。
碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維,瀝青纖維,粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得,按狀態(tài)分為長絲,短纖維和短切纖維,按力學(xué)性能分為通用型和高性能型,通用型碳纖維強度為1000兆帕(MPa),模量為100GPa左右,碳纖維布膠高性能型碳纖維又分為高強型(強度2000MPa,模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上),強度大于4000MPa的又稱為超高強型,模量大于450GPa的稱為超高模型,隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展,還出現(xiàn)了高強高伸型碳纖維,其延伸率大于2%,用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。
目前應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維,碳纖維的制造包括纖維紡絲,熱穩(wěn)定化(預(yù)氧化),碳化,石墨化等4個過程,其間伴隨的化學(xué)變化包括,脫氫,環(huán)化,預(yù)氧化,氧化及脫氧等。
短切碳纖維碳纖維布膠的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:。
●軍工領(lǐng)域:用于制造火箭,導(dǎo)彈,雷達(dá),飛船外殼,機動船,工業(yè)機器人,汽車板簧和驅(qū)動軸等。
●建筑領(lǐng)域:碳纖維增強水泥,導(dǎo)電涂料,防靜電地坪等。
●電熱領(lǐng)域:導(dǎo)電紙,電熱板,導(dǎo)電表面氈,針刺氈,導(dǎo)電席等。
●屏蔽材料:制造屏蔽煙霧,屏蔽幕墻等。
●隔熱保溫材料:碳纖維增強耐火坯和磚,碳纖維增強陶瓷等。
●新能源領(lǐng)域:風(fēng)力發(fā)電,摩擦材料,燃料電池的電極等。
●體育休閑生活用品:高爾夫球桿,漁具,網(wǎng)球拍,羽毛球拍,箭桿,自行車,賽艇等。
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