什么是碳纤维复合材料

[塑料是复合材料吗复合材料是什么]作为一种常见的材料产品，塑料在许多领域都有着广泛应用，比如在我们生活中就有用塑料制作而成的塑料袋，或者是一些其它的塑料工具，那么这类塑料是不是复合材料呢？或者说复合材料，它...+阅读

什么是碳纤维复合材料

碳纤维复合材料

在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要的领域，在要高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。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。

碳纤维复合材料的性能如何

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。

碳纤维是种什么复合材料

成分结构碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。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230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。综观多种新兴的复合材料（如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料）的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

碳纤维复合材料的优势有哪些

碳纤维是由有机纤维经过一些列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工型，是新一代增强纤维。碳纤维是军民两用材料属于技术密集型和政治敏感性的关键材料，是唯一一种在2000℃以上高温惰性环境中强度不下降的材料。碳纤维的比重不到钢的1/4，其复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍，碳纤维有超强的耐腐蚀性，其可在溶解金铂得得“王水”中亦能安然无恙。

碳纤维制品特点：

1、碳纤维复合材料的密度一般是1.6-2.1G/CM3，比许多金属材料还要轻，（铝的密度约为2.7G/CM3，铁的密度约为7.8G/CM3）。

2、抗紫外线、耐腐蚀

碳纤维复合材料可以抵御紫外线，免除了困扰许多材料的紫外线伤害问题的烦恼。

碳纤维复合材料有很好的耐腐蚀性能，在复杂、恶劣的环境下依然可以正常工作。

3、耐磨、耐冲击

碳纤维复合材料耐磨、耐冲击，对比一般材料优势非常明显。

4、渗透性

碳纤维复合材料无毒、化学性质稳定、X光可渗透，正是以为碳纤维复合材料有这些优点，因此其在医疗器械之中被广泛应用。

5、良好的导电性能

碳纤维导电性能良好，1米长的12K碳纤维丝的电阻约为35Ω。

6、安全性好，抗冲击高，可设计性强，是现代工农业产品不可缺少的新型替代材料之一，产品广泛适用于帐篷、蚊帐、球袋、箱包、雨伞、健身器材、球杆、广告展示架，风筝、风车、风机支架，飞碟、飞盘、航空模型，医疗器械等等。