【復材資訊】碳纖維復材是如何成為現如今炙手可熱的熱門材料的?

2020-12-08 澎湃新聞

【復材資訊】碳纖維復材是如何成為現如今炙手可熱的熱門材料的？

2020-10-19 07:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

近年來，大家對碳纖維複合材料一定耳熟能詳。碳纖維複合材料的身影充斥在各個科幻、賽車電影當中。

《速度與激情3》東京漂移3502的車身

《復仇者聯盟》獵鷹的翅膀

《超能陸戰隊》大白的軀幹

在現實生活中碳纖維複合材料也廣泛應用於航空航天、汽車、軌道交通、體育用品等領域。F1（世界一級方程錦標賽）賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結構強度。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成複合材料。碳纖維增強的複合材料可用作飛機結構材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用於製造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。

那麼碳纖維復材是如何成為現如今炙手可熱的熱門材料的呢？它的優點究竟都有哪些呢？

力學性能強

碳纖維複合材料有很強的力學性能，它的比強度、比模量，比其它與之功能類似的航空航天合金高很多倍。也就是說，在相同的抗拉強度和拉伸模量下，當產品滿足性能要求，碳纖維製品的重量要遠遠低於合金製品。

這一優勢可以轉化為顯著的減重效果，可使飛機載重量增大，航程延長，節約能源。要知道，在飛機上每減輕1克質量的價值可要遠大於1克黃金，業內專家指出飛機自重每減少1千克，相當於增加500萬美元的經濟效益。

穩定性好

碳纖維複合材料的穩定性更好。碳纖維複合材料的穩定性體現在耐腐蝕性、抗疲勞性等性能上。飛機在外長途飛行，經常要風裡來、雨裡去，風吹日曬是免不了的。空氣中的硫化物和雨水中的各種酸鹼物質，都在不停的侵蝕著飛機的表面，碳纖維復材比合金更強的耐腐蝕性、抗疲勞性，有著更好的經濟效益，能夠降低飛機全壽命成本。

熱膨脹係數低

碳纖維複合材料熱膨脹係數低，飛機的機身就沒那麼容易因為溫度的變化而變形。

另外碳纖維複合材料還有其他很多優點，比如結構整體優化，組裝飛機所用的部件減少了，降低了工作量，又提升了效率；電磁屏蔽性好，這樣飛機在執行任務時，具有更好的隱身性能，不容易被發現等。

碳纖維的加工

碳纖維複合材料是怎樣製作的呢？簡而言之，碳纖維是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成，含碳量高於90%。。碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。