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碳纖維在工程上的廣闊前景
碳纖維(CFRP)是一種纖維碳纖維狀碳材料,其含碳量高于90%。呈黑色,堅硬,具有強度高、重量輕等特點,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35000MPa以上,是鋼的7。9倍。
抗拉彈性模量爲230000MPa—430000MPa,高于鋼。CFRP比強度,即材料的強度與其密金相顯微鏡度之比可達到20000MPa/(g/cm3)以上,而A3鋼的比強度僅爲590MPa/(g/cm3)左右。材料的比強度愈高,構件自重愈小;比模量愈高,構件的剛度愈大。
按原料可分爲聚丙烯腈(PAN)系碳纖維、瀝青(Pitch)系碳纖維及粘膠系碳纖維。PAN碳纖維及其複合材料具有以下一些特征。機械特性方面,與金屬相比密度小、質輕、模量高、高剛性、強度高、疲勞強度高、耐磨耗性、潤滑性優良、振動衰減性優良。同時,耐熱性、安定性、熱膨脹系數小、尺寸穩定性好、具有導熱性、在惰性氣體中耐熱性優良。
電傳導及電磁波屏蔽性,具有導電性,具有電磁波屏蔽性。X射線透過性優良,屬多種導性材料,針對其目的可設計出適當的結構體。
瀝青系碳纖維具有的高彈性模量、高導熱性等特性是聚丙烯腈系碳纖維所達不到的,通常以長纖維形態被利用。由于瀝青系碳纖維爲高模量級纖維,比彈性模量顯著優良,故適合于支配剛性結構物輕量化並賦予其結構剛性。另外,瀝青系碳纖維具有高導熱性、低電阻、低熱線性膨玻璃纖維脹率及化學穩定性好等特性。
依機械性能分類,可分爲超高彈性率碳纖維(UHM 類型),彈性率600GPa以上,強度2500MPa以上;高彈性率碳纖維(HM類型),彈性率350GPa—600GPa,強度2500MPa以上;中彈性率碳纖維(IM類型),彈性率280GPa—350GPa,強度3500MPa以上;標准彈性率類型碳纖維(HT類型),彈性率200GPa—280GPa,強度2500MPa以上;低彈性率碳纖維(LM類型),彈性率200GPa以下,強度3500MPa以下。
碳纖維主要應用于體育壓克力休閑、工業、航空航天、家電領域、建築領域、新能源領域。
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