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? ? 碳纖維是以聚丙烯晴纖維、黏膠纖維或瀝青纖維為原絲,通過加熱出去碳以外的其他一切元素制得的一種高強度、高模量纖維。它有很好的化學穩定性和耐高溫性能,是高性能增強復合材料中的優良結構材料。
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? ? 根據碳化溫度的不同,碳纖維可分為三種類型。
? ? (1) 普通型(A型)碳纖維:是指在900~1200℃下碳化得到的碳纖維。這種碳纖維的強度和彈性模量都較低,一般強度小于11cN/dtex,模量小于152 0173 3840cN/dtex。
? ? (2) 高強度型(II型或C型)碳纖維:是指在1300~1700℃下碳化得到的碳纖維。這種碳纖維的強度很高,14~17cN/dtex,模量約為1384~1661cn/dtex。
? ? (3) 高模量型(I型或B型)碳纖維,又稱石墨纖維:是指在碳化后再經2500℃以上高溫石墨化處理所得到的碳纖維。這種碳纖維具有較高的強度,約為9.8~12.2cN/dtex,模量很高,一般可達1711cN/dtex以上,有的甚至高達3178cN/dtex。
? ? 一 碳纖維的性能特點
? ? 碳纖維是由許多微晶體堆砌而成的,微晶體的厚度為4~10nm,長度為10~25nm,它由約12~30個層面組成。
? ? 實測碳纖維各層面間的間距約為(3.39~3.42)×10 -1nm,比石墨微晶體的層面間距稍大一些。另外,各平行層面間的各個碳原子也不如石墨那樣排列規整。
? ? 1. 物理機械性能
? ? 碳纖維軸間的結合力比石墨強,所以它在軸向的強度和模量均比石墨高的多,而徑向強度和模量與石墨相似,相對較低,因而碳纖維忌徑向受力,打結強度低。
? ? 2. 耐熱性能
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? ? 碳纖維具有很好的耐熱性和耐高溫性。碳纖維升華溫度高達3650℃左右,能耐溫度急變,熱膨脹系數小,耐腐蝕且能導電。
? ? 3. 化學性能
? ? 碳纖維的化學性能與碳十分相似,在空氣中當溫度高于400℃時即發生明顯的氧化,氧化物二氧化碳和一氧化碳在纖維的表面散失,所以碳纖維在空氣中的使用溫度不能太高,一般在360℃以下。在、但在隔絕氧的情況下,使用溫度可顯著提高,一般可達1500~2000℃,而且溫度越高,纖維的強度越大。
? ? 碳纖維除能被強氧化劑外,一般的酸、堿對它不起作用。碳纖維具有自潤滑劑,在銅中混入25%的碳纖維后,可使該復合材料的磨損率大為降低。
? ? 碳纖維的密度雖比一般的纖維大,但遠比一般金屬小,通常它的密度決定于熱解過程和所用原絲的性質。如以黏膠纖維為原絲制得的碳纖維,密度一般為15~17g/cm3,以聚丙烯晴為原絲制得的碳纖維,密度約為1.7~2.0g/cm3。
? ? 二 碳纖維的用途
? ? 碳纖維并不單獨使用,它一般加入到樹脂、金屬、或陶瓷等基體中,、作為復合材料的骨架材料。這樣構成的復合材料是十分有用的結構材料,它不僅質輕,耐高溫,而且有很高的抗拉伸強度和彈性模量,是制造宇宙飛船、火箭、導彈、高速飛機以及大型客機等不可缺少的組成原料。
? ? 碳纖維除用作飛行器的結構材料外。其復合材料在原子能、機電、化工、冶金、運輸等工業領域以及容器和體育用品(例如網球拍、冰球拍,高爾夫球拍、滑雪板、賽船、帆船)等方面也有廣泛的用途。
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