碳纖維性質(zhì)

碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。他的比重不到鋼的1/4，比鋁還要輕，比強(qiáng)度是鐵的20倍。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維在物理性能上具有強(qiáng)度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等特點，可以稱為新材料**。因此，可以應(yīng)用于飛機(jī)制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電葉片等工業(yè)領(lǐng)域、GOLF球棒等體育休閑領(lǐng)域。

由于使用碳纖維材料可以大幅降低結(jié)構(gòu)重量，因而可顯著提高燃料效率。采用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料制造的飛機(jī)以及衛(wèi)星、火箭等宇宙飛行器，噪音小，而且因質(zhì)量小而動力消耗少，可節(jié)約大量燃料。據(jù)報道，航天飛行器的質(zhì)量每減少1kg，就可使運載火箭減輕500kg。

碳纖維除了具有一般碳素材料的特性：耐高溫, 耐磨擦, 導(dǎo)電, 導(dǎo)熱及耐腐蝕等,?其外形有顯著的各向異性, 柔軟, 可加工成各種織物, 又由于比重小, 沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度,?碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料, 其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo),?在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是**的。碳纖維還具有極好的纖度〔纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數(shù)〕，一般僅約為19克, 拉力高達(dá)300kg/mm²。目前幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能, 因此在旨度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫，化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料具備不可替代的仇勢。

碳纖維的物理性質(zhì)如下：

(1)碳纖維的密度在1.5—2.0g/cm³之間，這除與原絲結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要決定于炭化處理的溫度。一般經(jīng)過高溫(3000℃)石墨化處理，密度可達(dá)2.0g/cm³。

(2)碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它纖維不同，它有各向異性的特點。平行于纖維方向是負(fù)值(-0.72×10^-6～-0.90×10^-6 K^-1)，而垂直于纖維方向是正值(32×10^-6～22×10^-6 K^-1)。

(3)碳纖維的比熱容一般為7.12×10^-1KJ/(kg·K)。熱導(dǎo)率隨溫度升高而下降。

(4)碳纖維的比電阻與纖維的類型有關(guān)，在25℃時，高模量為775ìù/cm，高強(qiáng)度碳纖維為1500ìù/cm。碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負(fù)值。因此當(dāng)碳纖維復(fù)合材料與鋁合金組合應(yīng)用時會發(fā)生化學(xué)腐蝕。

碳纖維的物理性質(zhì)如下：

碳纖維的化學(xué)性質(zhì)與碳相識，它除能被強(qiáng)氧化劑氧化外，對一般堿性是惰性的。在空氣中，溫度高于400℃時則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO與CO₂。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高于1500℃時強(qiáng)度才開始下降，而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化，它還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。

表1 不同種類碳纖維的力學(xué)性能