碳纤维知多少?

2013-03-23 10:40:27 21

    碳(石墨)纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料经过加热至1500℃所形成的由不完全石墨结晶沿纤维轴向排列的一种纤维状多晶碳材料,其碳元素的含量达95%以上。

    碳纤维制造工艺分为有机先驱纤维法和气相生长法。应用的有机先驱体纤维主要有聚丙烯晴(PAN)纤维、人造丝和沥青纤维等。目前世界各国发展的主要是PAN碳纤维和沥青碳纤维。工业上生产石墨纤维是与生产谈纤维同步进行的,它需要再经高温(200~300℃)加热处理,使乱层类石墨结构的碳纤维变成高均匀、高取向度结晶的石墨纤维。气相生长法值得的碳纤维称为气相生长碳纤维(VGCF)。

     碳纤维按力学性能又分为通用级(GP)和高性能(HP级,包括中强型MT、高强型HT、超高强UHT、中模型IM、高模型HM和超高模型UHM)。前者拉伸强度小于1000Mpa,拉伸模量低于100Gpa;后者拉伸强度可高于2500Mpa,拉伸模量大于220Gpa。

     碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性。还具有纤维的柔曲性和可编性,比强度和模量优于其他无机纤维。碳/环氧基复合材料的拉伸强度超过铝合金。但是碳纤维性脆、耐冲击性和高温抗氧化性较差。

     碳纤维增强环氧树脂基复合材料制品已广泛用于制作火箭喷管、导弹头部鼻锥、飞机、人造卫星的结构部件等国防工业领域中。此外,还广泛用于制造运动器件(各种球拍和杆、自行车、赛艇等),也用作医用材料(如制作人工韧带、骨筋、齿根等)、密封材料、制动材料、电磁屏蔽材料和防热材料等。还可以大量用于建筑材料。

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