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碳纤维复合材料的材性对比

  碳纤维复合材料主要运用在汽车上,碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。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。碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa也高于钢。接下来随小编一起来了解碳纤维复合材料的性能及缺点。

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碳纤维复合材料

碳纤维复合材料的性能

      碳纤维增强复合材料,不同于其他使用传统纤维,如玻璃纤维或芳香族聚酰胺纤维等的FRP复合材料,CFRP复合材料的优良性能包括:重量轻——传统玻璃纤维增强复合材料采用连续的玻璃纤维,其含量为70%(重量玻璃/总重量),每立方英寸的密度通常为0.065磅。

      强度高——CFRP复合材料尽管重量轻,然而相比于玻璃纤维复合材料,每单位重量的CFRP复合材料却具有更高的强度和更大的硬度。而与金属材料相比时,这一优势则更加突出。例如,经验告诉我们,CFRP材料相比于钢材,在等强度条件下,其重量只有钢的1/5。可以想像为什么所有汽车制造企业都在研究使用碳纤维来代替钢材,从而提高其产品性能。

      当CFRP复合材料与铝,质量最轻的金属之一,相比较时,根据基本假设,等强度的铝材,其重量约为碳纤维体的1.5倍。当然实验中也存在许多其他变量,可能会影响对比结果,比如,材料的档次和质量不同,复合过程,生产过程,纤维结构及品质也需要被考虑在内。

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碳纤维复合材料

碳纤维复合材料的缺点

      成本高——尽管CFRP复合材料性能优异,为什么碳纤维没有广泛地应用于产品生产呢?目前,CFRP复合材料生产成本过高。根据当前的市场情况(供给和需求),碳纤维的种类(航天VS商品级),纤维束的大小不同,纤维的价格也判若云泥。每磅碳纤维原材料的价格,可达5-25倍玻璃纤维价格不等。而相比于钢材,CFRP材料的高成本性就更加突出了。

      导电性——这既可以作为碳纤维复合材料的优势,也可能成为实际应用中的一个缺陷。碳纤维导电性极强,而玻璃纤维是绝缘的。许多产品使用玻璃纤维,而不能用碳纤维或金属替代,是因为其要求具备严格的绝缘性。

      在公用设施生产中,许多产品都需要使用玻璃纤维。例如,梯子的生产使用玻璃纤维作为梯架,原因在于:当玻璃纤维梯子与电力线接触时,触电的可能性会降低许多。而碳纤维梯子导电性极强,后果则不可想象。

      尽管碳纤维复合材料的成本居高不下,然而伴随着科技进步,更多高效益产品的涌现指日可待。或许有生之年,我们将有望见证高性能碳纤维产品在消费市场,工业生产和汽车制造中的大范围应用。

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