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解讀碳纖維複合材料的性能及缺點

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碳纖維複合材料主要運用在汽車上, 碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。 它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成, 經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。 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也高於鋼。 接下來隨小編一起來瞭解碳纖維複合材料的性能及缺點。

碳纖維複合材料的性能

碳纖維增強複合材料, 不同于其他使用傳統纖維, 如玻璃纖維或芳香族聚醯胺纖維等的FRP複合材料, CFRP複合材料的優良性能包括:重量輕——傳統玻璃纖維增強複合材料採用連續的玻璃纖維, 其含量為70%(重量玻璃/總重量), 每立方英寸的密度通常為0.065磅。

強度高——CFRP複合材料儘管重量輕, 然而相比於玻璃纖維複合材料,

每單位重量的CFRP複合材料卻具有更高的強度和更大的硬度。 而與金屬材料相比時, 這一優勢則更加突出。 例如, 經驗告訴我們, CFRP材料相比於鋼材, 在等強度條件下, 其重量只有鋼的1/5。 可以想像為什麼所有汽車製造企業都在研究使用碳纖維來代替鋼材, 從而提高其產品性能。

當CFRP複合材料與鋁, 品質最輕的金屬之一, 相比較時, 根據基本假設, 等強度的鋁材, 其重量約為碳纖維體的1.5倍。 當然實驗中也存在許多其他變數, 可能會影響對比結果, 比如, 材料的檔次和品質不同, 複合過程, 生產過程, 纖維結構及品質也需要被考慮在內。

碳纖維複合材料的缺點

成本高——儘管CFRP複合材料性能優異, 為什麼碳纖維沒有廣泛地應用於產品生產呢?目前, CFRP複合材料生產成本過高。 根據當前的市場情況(供給和需求), 碳纖維的種類(航太VS商品級), 纖維束的大小不同, 纖維的價格也判若雲泥。 每磅碳纖維原材料的價格, 可達5-25倍玻璃纖維價格不等。 而相比於鋼材, CFRP材料的高成本性就更加突出了。

導電性——這既可以作為碳纖維複合材料的優勢, 也可能成為實際應用中的一個缺陷。 碳纖維導電性極強, 而玻璃纖維是絕緣的。 許多產品使用玻璃纖維, 而不能用碳纖維或金屬替代, 是因為其要求具備嚴格的絕緣性。

在公用設施生產中, 許多產品都需要使用玻璃纖維。 例如, 梯子的生產使用玻璃纖維作為梯架, 原因在於:當玻璃纖維梯子與電力線接觸時, 觸電的可能性會降低許多。 而碳纖維梯子導電性極強, 後果則不可想像。

儘管碳纖維複合材料的成本居高不下, 然而伴隨著科技進步, 更多高效益產品的湧現指日可待。 或許有生之年, 我們將有望見證高性能碳纖維產品在消費市場, 工業生產和汽車製造中的大範圍應用。

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