碳纖維複合材料

碳纖維複合材料是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成，含碳量高於90%的無機高性能纖維，是一種力學性能優異的新材料，具有碳材料的固有本性特徵，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

基本介紹

• 中文名：碳纖維複合材料
• 外文名：Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic（CFRP）
• 材料：碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等
• 類型：複合材料
• 優勢：高強度等

概況

在複合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂複合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的複合材料相繼研製成功，性能不斷得到改進，使其複合材料領域呈現出一派勃勃生機。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維複合材料。

碳纖維複合材料

結構

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。

碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維，經熱穩定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝製成的。

碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂複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23000~43000Mpa亦高於鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到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。

碳纖維細節圖

用途

碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體複合，製成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂複合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維複合材料都頗具優勢。

碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，現在還廣泛套用於體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標誌著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。

由碳纖維和環氧樹脂結合而成的複合材料，由於其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業中爭相採用先進複合材料。有一種垂直起落戰鬥機，它所用的碳纖維複合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據報導，美國太空梭上3隻火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX飛彈發射管等，都是用先進的碳纖維複合材料製成的。

現在的F1（世界一級方程錦標賽）賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結構強度。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成複合材料。碳纖維增強的複合材料可用作飛機結構材料、電磁禁止除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用於製造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。

優勢

1、高強度（是鋼鐵的5倍）

2、出色的耐熱性(可以耐受2000℃以上的高溫)

3、出色的抗熱衝擊性

4、低熱膨脹係數(變形量小)

5、熱容量小（節能）

6、比重小（鋼的1/5）

7、優秀的抗腐蝕與輻射性能