材料篇：关于碳纤维的制造，特性及缺点分析

材料篇：关于碳纤维的制造，特性及缺点分析

工业设计 2018-05-11 23:05
关于碳纤维的制造，特性及缺点分析 - 图1
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碳纤维复合材料主要运用在汽车上，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa也高于钢。接下来随小编一起来了解碳纤维复合材料的性能及缺点。

碳纤维复合材料的性能
碳纤维增强复合材料，不同于其他使用传统纤维，如玻璃纤维或芳香族聚酰胺纤维等的FRP复合材料，CFRP复合材料的优良性能包括：重量轻——传统玻璃纤维增强复合材料采用连续的玻璃纤维，其含量为70％（重量玻璃/总重量），每立方英寸的密度通常为0.065磅。
强度高——CFRP复合材料尽管重量轻，然而相比于玻璃纤维复合材料，每单位重量的CFRP复合材料却具有更高的强度和更大的硬度。而与金属材料相比时，这一优势则更加突出。例如，经验告诉我们，CFRP材料相比于钢材，在等强度条件下，其重量只有钢的1/5。可以想像为什么所有汽车制造企业都在研究使用碳纤维来代替钢材，从而提高其产品性能。
当CFRP复合材料与铝，质量最轻的金属之一，相比较时，根据基本假设，等强度的铝材，其重量约为碳纤维体的1.5倍。当然实验中也存在许多其他变量，可能会影响对比结果，比如，材料的档次和质量不同，复合过程，生产过程，纤维结构及品质也需要被考虑在内。

碳纤维复合材料的缺点
成本高——尽管CFRP复合材料性能优异，为什么碳纤维没有广泛地应用于产品生产呢？目前，CFRP复合材料生产成本过高。根据当前的市场情况（供给和需求），碳纤维的种类（航天VS商品级），纤维束的大小不同，纤维的价格也判若云泥。每磅碳纤维原材料的价格，可达5-25倍玻璃纤维价格不等。而相比于钢材，CFRP材料的高成本性就更加突出了。
导电性——这既可以作为碳纤维复合材料的优势，也可能成为实际应用中的一个缺陷。碳纤维导电性极强，而玻璃纤维是绝缘的。许多产品使用玻璃纤维，而不能用碳纤维或金属替代，是因为其要求具备严格的绝缘性。
在公用设施生产中，许多产品都需要使用玻璃纤维。例如，梯子的生产使用玻璃纤维作为梯架，原因在于：当玻璃纤维梯子与电力线接触时，触电的可能性会降低许多。而碳纤维梯子导电性极强，后果则不可想象。
尽管碳纤维复合材料的成本居高不下，然而伴随着科技进步，更多高效益产品的涌现指日可待。或许有生之年，我们将有望见证高性能碳纤维产品在消费市场，工业生产和汽车制造中的大范围应用。
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