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碳纤维为何受欢迎?

2020-01-15 16:54:46

碳纤维(Carbon Fiber)是一种纤维状的碳素材料,含碳量在90%以上,直径一般为5~7微米,约为成年人头发直径的十分之一。每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成,直径大约5至8微米。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近,是由一层层以六角型排列的碳原子所构成。两者差别在于层与层之间的连结。石墨是晶体结构,它的层间连结松散,而碳纤维不是晶体结构,层间连结是不规则的。这样便防止滑移增强物质强度。

碳纤维作为一种高性能纤维,具有十分优异的力学性能,拉伸强度约为2~7GPa,拉伸模量约为200~700GPa。再加上它的重量很轻,密度约为1.5~2.0g/cm3,仅为钢的四分之一,这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有较高的比强度和比模量。除此之外,碳纤维还具有许多其它优良性能,如耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、耐疲劳、热膨胀系数低、良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。在没有氧气存在的情况下,碳纤维能够耐受3000℃以上的高温,这是其他任何纤维材料无法与之相比的。而且,碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性,完全不存在生锈的问题。

碳纤维已成为先进复合材料较为重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点,目前已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域受到广泛应用。

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