材料篇:關於碳纖維的製造,特性及缺點分析

2021-02-15 工業設計

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了解碳纖維複合材料的性能及缺點。

碳纖維增強複合材料，不同於其他使用傳統纖維，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，質量最輕的金屬之一，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量，可能會影響對比結果，比如，材料的檔次和質量不同，複合過程，生產過程，纖維結構及品質也需要被考慮在內。

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（航天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。

文字內容轉自：中國腐蝕與防護網

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