碳纖維複合材料的大力發展,得益於哪些主要優勢?

2021-01-18 江蘇博實碳纖維

江蘇博實科技:碳纖維增強材料是複合材料中應用較多的一種,也是最為重要的增強體。碳纖維具有低密度、高模量、高強度、抗化學腐蝕、耐高溫、高導熱、低熱膨脹、低電阻、耐化學輻射等特性,並且還具有纖維的柔順性和可編性。

碳纖維作為現在大力發展的新型複合材料,其優點有:

碳纖維複合材料

1、耐腐蝕

碳纖維是經過2000-3000℃高溫石墨化處理形成的類似石墨晶體的微晶結構,該結構本身就具有極強的耐介質腐蝕性,並且,碳纖維是一種非金屬材料,電化學活性不高,在一些酸鹼鹽中彈性模量、強度等方面的優秀性能基本上無變化。因此,作為增強材料來說,碳纖維在耐腐蝕能力有足夠的保證。

 2、質量輕,強度高

碳纖維的密度為15-2.0g/cm3,相當於鋼材密度的四分一,鋁材的二分之一, 是實現輕量化的優質材料。碳纖維複合材料獨特之處在於不僅重量輕,強度也非常大,最常見的T300碳纖維,抗拉強度達到3000MPa ,是鋼的四倍之多,塑料更是不能與之相比。代替金屬使用於汽車、高鐵、飛機中,對提升速度,減少燃料的使用以及環境的保護都有重要意義。例如寶馬i3;碳纖維材料使它的車身重量比傳統鋼製車身減輕50%,非常輕便;在橋梁結構中採用碳纖維複合材料,可以減少20%的重量。另外,機械手傳動軸、體育用品、醫療器械,也能使用碳纖維減重。

3、抗震能力強

研究結果表明,碳纖維複合材料加固橋梁後可大大增加橋梁的抗震能力。因為碳纖維材料相對鋼筋彈性模量小,榮譽變形大,用碳纖維複合材料加固之後的橋墩和柱子有更大的允許彎曲變形,抗震能力強大幅提高。

4、抗疲勞能力強

這主要是由於CFRP材料本身抗疲勞性能優異,因此在設計承受反覆荷載的結構時,如考慮使用CFRP材料,則會顯示出很大的優勢。另外CFRP在纖維方向收拉伸荷載的蠕變性能相比於鋼材要好很多。

5、可設計性

金屬材料通常呈各項同性,有屈服或條件屈服現象。而碳纖維材料可以通過層合板理論,選擇單層的鋪設角、鋪層比、鋪層順序。可根據載荷分布特點,針對性設計來獲得需要剛度和強度性能,而傳統金屬材料只能通過加厚來實現。同時,層合板性能裁剪設計不僅可以獲得所需的面內剛度和強度性能,還可以獲得獨特的面內與面外之間的耦合剛度。

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