碳纤维复合材料的特性及应用

  碳纤维是纤维状的碳素材料,其含碳量在99%以上,是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能,是高性能纤维中比强度和比模量最高的纤维。 

  碳纤维复合材料是以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体,以碳为基体的复合材料的总称。主要包括:碳纤维增强树脂基复合材料、C/C复合材料、碳纤维增强金属基复合材料(CFRM等。其中,碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中为最高,是应用最广泛的碳纤维复合材料。

  1.碳纤维复合材料(CFRP)的主要特性

  (1)质量轻(铁的1/4);

  (2)高刚性(优于铁的高弹性,高强度。在保持刚性的同时,可对应薄型化产品);

  (3)热传导性高(优于铁的热传导率。与一般的塑料材料相比,有着更高的热传导率) ;

  (4)热膨胀系数低(优于金属的尺寸安定性。热膨胀系数可为零);

  (5)非磁性(非磁体但有电磁屏蔽性);

  (6)吸振性好(震动衰减性高) ;

  (7)耐高温、耐热冲击;

  (8)抗腐蚀与辐射性能。

  2.碳纤维复合材料的应用

  (1)航空航天。碳纤维复合材料最初主要应用于航天业,主要应用碳纤维复合材料的高比强度、高比模量、使用温度范围高的优点,从而实现既保证航天器性能又减轻其重量。

  (2)汽车。随着汽车工业的发展,新型节能型环保型汽车的研发与应用,碳纤维复合材料用于汽车行业是未来的主要发展趋势。

  (3)休闲用品。由于碳纤维复合材料的超轻质量和超高强度,其在休闲用品领域也有广泛应用。

  (4)此外,碳纤维复合材料在军工、医疗、轨道交通等领域都有着广泛应用。