材料与人类文明论文&amp#183;碳纤维材料的性能及其应用简介.docx

《材料与人类文明论文&amp#183;碳纤维材料的性能及其应用简介.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、碳纤维材料的性能及其应用简介自动化12仲秋晨2110308024一、引言碳纤维是在生活中应用非常广泛的一种材料，它的强度甚至可以与“太空金属”钛相媲美，但密度却不及钛的一般。无论是在民用的自行车架、羽毛球拍还是在军用的航天、航空领域，碳纤维都是极为理想的材料。碳纤维材料属于材料密集型材料，颇有政治敏感度，其重要性可见一斑。中国目前的碳纤维生产水平不容乐观，只有少量的利用自主技术研发的产品能达到国际同类产品水平。正因为碳纤维材料重要而又特殊的地位，我希望能够在这篇文章中对碳纤维材料的性能及其应用方面的简单介绍，让大家能够对碳纤维材料及其价值有一个全面的了解。二、碳纤维

2、材料简介1、碳纤维的特性碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，既具有一般碳素材料的特性，又有其独特的性质。碳纤维主要具有以下特性：(1)密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5-2g/cm3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高,其强度比钢大4-5倍,弹性回复为100%；(3)热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)摩擦系数小,并具有润滑性；(5)导电性好,25℃时高模量碳纤维的比电阻为775Ω•cm,高强度碳纤维则为1500Ω•cm；(6)耐高温和低温性好,在3000℃非氧化

3、气氛下不熔化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软也，不脆化；(7)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。除此之外，碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。1、碳纤维增强复合材料与金属材料不同，尽管碳纤维可单独发挥某些功能，然而它属于脆性材料，只有将它与基底材料结合在一起时才能充分利用其优异的性能。根据使用目的的不同可选用各种基底材料和复合方式，而目前使用最多的最广泛的就是树脂基复合材料。（1）碳纤维增强复合材料的性能碳纤维增强复合材料着重表现了在力学性强、热物理性能以及热烧蚀性能三个方面，如密度低、高温强度好、能储存大量热能、耐烧

4、蚀性能好等。（2）加工方法及工艺碳纤维增强复合材料一直被区分为长纤维和短纤维来加工的。从典型的300~400mm到几个毫米分为不同的等级。人们一直在探索和改进各种碳纤维材料的加工方法。目前的加工方法主要有树脂传递模塑RTM、喷射成型、注射成型、纤维缠绕成型、拉挤成型等。一、碳纤维材料的应用由于碳纤维及其复合材料具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。1、航空航天领域在航天航空领域，碳纤维材料的应用主要是利用其“轻而强”和“轻而硬”的特性。因为航天飞行器的质量每减少1kg。就可使

5、运载火箭减轻500kg。因此在航天领域，碳纤维材料倍受青睐据报道，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碳纤维是一种纤维状碳材料。2010年1月，采用碳纤维和钛材料制造的波音787梦幻客机试飞成功。波音787机身80%由合成材料制造，其中碳纤维增强材料达到35吨，因此可大大减轻飞机重量。这种客机油耗少，减少碳排放效果显著，维护方便，能够给航空公司节省燃料和维护费用，一经试飞就引起世界各国的关注。2、汽车制造领域在汽车制造领域中，碳纤维材料现已成为汽车制造商青睐的材料，在汽车内外装饰中开始大量采用。据悉，福特

6、和保时捷生产的GT型赛车发动机机罩已全部采用碳纤维材料。我曾经在网上看到看到兰博基尼的一辆概念车，车架通体由碳纤维做成，极其威猛霸气，极大地提高了兰博基尼车的各项性能，是兰博基尼的“野性”得到充分的发挥。当然，其造价也比一般的兰博基尼高了许多。1、土木建筑领域20世纪80年代末90年代初在发达国家兴起了一种以碳纤维布加固修复钢筋混凝土的结构补强加固技术。我国从20世纪90年代也开始研究和应用，现在已经取得一定的研究成果。碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久

7、性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，而备受青睐和关注。2、体育休闲用品体育休闲用品是应用碳纤维复合材料的一个极其重要的领域。2003年和2004年世界碳纤维总消耗量分别为19210t和20680t，而用于体育休闲用品的碳纤维都超过5000t，占世界碳纤维总消耗量的25％左右。碳纤维材料在体育用品领域的应用主要在钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍等方面。据统计，钓鱼杆现年产量约1200万只，年碳纤维用量1200t；高尔夫球杆随着轻量化和长尺寸化的要求，现已占碳纤维体育用品用途的50％，年碳