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加固增强复合材料:碳纤维

文章出处:致天复合材料发布时间:2019-05-04 21:36 浏览人次:

碳纤维或碳纤维复合材料(或者CF,石墨纤维或石墨纤维)是直径约5-10微米的纤维,主要由碳原子组成。碳纤维具有几个优点包括高刚度,高拉伸强度,低重量,高耐化学性,高温耐受性和低热膨胀。这些特性使碳纤维在航空航天,土木工程,军事和赛车运动以及其他竞赛运动中非常受欢迎。然而,与类似的纤维(例如玻璃纤维或塑料纤维)相比,它们相对昂贵,而且性能无法跟碳纤维对比。

为了生产碳纤维,碳原子以平行于纤维长轴或多或少排列的晶体结合在一起,因为晶体排列使纤维具有高强度 - 体积比(使其尺寸很强 。将数千根碳纤维捆在一起以形成丝束,丝束可以单独使用或编织成织物,一般这种碳纤维编织而成的织物叫做碳纤维布,在工程建筑领域应用居多。

碳纤维通常与其他材料结合形成复合材料。当用塑料树脂浸渍并烘烤时,它形成碳纤维增强聚合物(通常称为碳纤维),其具有非常高的强度重量比,并且尽管有些脆,但是极其坚硬。碳纤维还与其他材料(例如石墨)复合以形成增强的碳 - 碳复合材料,其具有非常高的耐热性。

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碳纤维是由成千上万个连续的单根碳丝组成的一束,它们被有机涂层或尺寸保护,例如聚环氧乙烷(PEO)或聚乙烯醇(PVA)。丝束可以方便地从卷轴上展开以供使用。丝束中的每根碳丝是一个直径为5-10 微米的连续圆柱体,几乎全部由碳组成。最早的一代(例如T300,HTA和AS4)直径为16-22微米。后来的纤维(例如IM6或IM600)的直径约为5微米。

碳纤维的原子结构类似于石墨的原子结构,由以正六边形图案排列的碳原子片(石墨烯片)组成,不同之处在于这些片材互锁的方式。石墨是一种结晶材料,其中片材以规则的方式彼此平行地堆叠。片材之间的分子间力是相对较弱的范德瓦尔斯力,使石墨具有柔软和脆性特征。取决于制造纤维的前体,碳纤维可以是乱层的或石墨的,或者具有存在石墨和乱层部分的混合结构。在乱层碳纤维中,碳原子片被随意地折叠或折皱在一起。衍生自聚丙烯腈(PAN)的碳纤维是乱层的,而来自中间相沥青的碳纤维在超过2200℃的温度下热处理后是石墨。涡轮碳纤维倾向于具有高拉伸强度,而热处理的中间相沥青衍生碳纤维具有高杨氏模量(即,高刚度或在负载下的延伸性)和高导热率 。

碳纤维最显着地用于增强复合材料,特别是称为碳纤维或石墨增强聚合物的一类材料。非聚合物材料也可用作碳纤维的基质。由于金属碳化物的形成和腐蚀考虑,碳在金属基质复合材料应用中取得了有限的成功。增强碳 - 碳(RCC)由碳纤维增强石墨组成,在结构上用于高温应用。该纤维还可用于过滤高温气体,作为具有高表面积和无可挑剔的耐腐蚀性的电极,以及作为抗静电组分。模塑一层薄薄的碳纤维可显着提高聚合物或热固性复合材料的耐火性,因为致密,致密的碳纤维层可有效地反射热量。越来越多领域和企业使用碳纤维复合材料。

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