碳纤维是什么?

碳纤维是什么

碳纤维是主要由碳组成的纺织品。它是通过将各种基于碳的聚合物纺成纤维,对其进行处理以去除大部分其他物质,然后将所得材料织成织物来生产的。通常将其嵌入塑料(通常为环氧树脂)中以形成碳纤维增强塑料或碳纤维复合材料。该材料最显着的特征是其高的强度重量比和相对的化学惰性。这些特性为它提供了广泛的应用,但是它的使用由于价格昂贵而受到限制。

这种材料的生产通常基于聚丙烯腈(PAN)(一种用于服装的合成纺织品中的塑料)或沥青(一种由石油制成的焦油状物质)。沥青首先被纺成股,但PAN通常以纤维形式开始。通过强力加热将它们转化为碳纤维,以去除其他元素,例如氢,氧和氮;这个过程称为热解。在此过程中拉伸纤维有助于消除可能削弱最终产品的不规则性。

原始纤维首先在空气中并在张力下被加热到590°F(300°C),此过程称为氧化或稳定化。这将从分子中除去氢,并将纤维转变成机械上更稳定的形式。然后在无氧状态下将它们加热到约1,830°F(1,000°C),此过程称为碳化。这样可以去除更多的非碳材料,大部分留下碳。

当需要高质量,高强度的纤维时,会进行进一步的阶段,即石墨化。将该材料加热到1,732至5,500°F(1,500至3,000°C)之间,以将碳原子的形成转化为类石墨结构。这也去除了大部分残留的非碳原子。术语“碳纤维”用于碳含量至少为90%的材料。当碳含量大于99%时,该材料有时称为石墨纤维。

如今,碳纤维被用于建筑桥梁和隧道以及其他土木工程项目。

产生的原始碳纤维不能与用于制造复合材料的物质很好地粘合,因此通过使用适当的化学物质进行处理会使其被轻度氧化。添加到结构中的氧原子使其能够与塑料(例如环氧树脂)形成键。涂上薄薄的保护涂层后,将其编织成所需尺寸的纱线。这些反过来又可以织成织物,然后通常掺入复合材料中。

结构与性质

单根纤维的直径约为0.0002至0.0004英寸(0.005至0.010毫米)。纱线由成千上万的这些股线编织在一起形成非常坚固的材料。在每条链中,碳原子的排列方式与石墨类似:六角环连接在一起形成薄片。在石墨中,这些板是平坦的,并且彼此之间松散地粘合在一起,因此它们很容易滑开。在碳纤维中,薄片被折叠和弄皱,并形成许多细小的,互锁的晶体,称为微晶。制造中使用的温度越高,这些微晶沿着纤维轴的取向就越多,强度也就越高。

在复合材料中,纤维本身的取向也很重要。依此,材料可以在某个方向上增强,也可以在所有方向上增强。在某些情况下,一小块可以承受许多吨的冲击,并且变形仍然很小。纤维复杂的交织性质使其很难断裂。

就强度/重量比而言,碳纤维复合材料是文明可以大量生产的最佳材料。最强的强度大约是钢的五倍,并且重量轻得多。正在研究将碳纳米管引入材料的可能性,这种方法可将强度重量比提高10倍或更多。

它具有的其他有用特性是其耐高温的能力和惰性。分子结构像石墨一样非常稳定,赋予其高熔点,使其与其他物质发生化学反应的可能性降低。因此,它对于可能受热的部件以及需要耐腐蚀的应用很有用。

用途

碳纤维用于许多需要高强度和低重量的地区。其中包括公共和私人交通工具,例如汽车,飞机和航天器;运动器材,例如赛车,滑雪板和钓鱼竿;和建设。该材料的相对惰性使它非常适合于化学工业和医学应用-由于它不会与体内物质发生反应,因此可以用于植入物。在土木工程中,已经确定可以通过较便宜的简单碳纤维增强材料避免旧桥的破坏和重建。

经济学

截至2013年,碳纤维的用途和需求受到其成本的限制。用复合材料制成的自行车通常要花费几千美元左右。一级方程式赛车的时速超过200英里/小时(320公里/小时),其制造和维护成本可能超过一百万美元,这在很大程度上取决于这种材料的慷慨使用。然而,需求的大幅增长主要是由于大型商用飞机产量的增加。如果可以显着降低成本,则它可能会成为用于具有极高耐用性和轻便性的车辆和小型产品的通用材料。

版权声明:本文由用户自发贡献,仅供学习参考,不代表本站立场。发布用户:材料号,本文出处:https://www.frpyg.com/13462.html

(0)

相关文章

  • 可以用炭纤维粉染黑树脂吗?(树脂调黑色)

    碳纤维是黑的,按理说在一定量的前提下是可以的(尝试效果如下),应该是填充,但不是染色了。不过除非你是想要特殊性能,一般的树脂基的染色还是选择常规的色浆会更便宜。不过惰性粉状填料是不用担心树脂性能有太大变化,因为他不参与交联反应,但色浆加的太多则会个问题。

    2021年12月10日
  • 可以用很小的力弯曲碳纤维板材吗?例如:5°

    可以的。通常3/4毫米厚度碳纤维板材,都可以承受小角度弯曲半径,薄板可以承受更大的弯曲半径。并且该板材可以恢复到其原来的平面形状,对于一个弯曲的面板,它需要连接(粘结)或固定在板面上,以保持该形状。 由于复合结构的性质,任何此类的弯曲都需要在一定的半径范围内。如果试图创建一个急弯(锐弯)或折叠板材,则会导致折弯周边的碳纤维破裂。

    2019年10月7日
  • 预浸料的碳纤维部件效果最好吗?

    任何事都是相对的,有优势也会有劣势,也没有绝对的对与错。预浸料是近几年比较火的复合材料形式,从环保和高性能来说它是比较很突出的,尤其是在一些轻量化要求的航空及军工部件都能看到它们的身影。但有时它的最终性能也不见会比真空导入等成型高多少的,简单说玻纤含量类似的情况下,树脂胶具有更好的流动性,尤其在一些异形件上。同时,罐子和材料高成本也都弱化了预浸料的优势。

    2021年2月2日
  • 抽环氧树脂部件,碳纤维表面有孔啊!

    这就是为什么高端碳纤维部件制造方式,更倾向于采用预浸料的方式了。干碳布抽环氧树脂,不可能做到表面完全无空隙的,因为即使是真空导流的树脂粘度低,也是相对其他聚酯树脂大的,加上那个碳布编织的间隔纹理交错位置,难免做到无孔隙的。 你可以,更换下环氧树脂,看看碳纤维的浸润性是否能得到改善,比如更低黏度的树脂。

    2019年12月19日
  • 为什么碳纤维制品打磨处理建议水磨,而不是干磨?

    对于碳纤维制品表面的打磨处理方式,建议客户采用240目砂纸水磨处理为佳,无需再细化打磨,这同时给后续涂层提供良好的粘结力。 为什么要采用砂纸水磨,而不是干磨呢?简单地说,这有两个好处: 防止干磨的碳纤维粉尘进入制品表面细小的孔洞,这极不容清理出来,水洗也无济于事。如果处理不干净,后续直接喷清漆处理,那么瑕疵永远会封堵在里边。 水磨处理的话,碳纤维粉尘不会再四...

    2019年7月29日
  • 碳纤维制品表面针孔如何处理?

    我们在制作碳纤维部件的时候,或多或少都会遇到针孔或凹坑等问题,这的确是很难无法完全杜绝的。即使你再小心,可能也会出现,这个与树脂种类、粘度以及碳纤维编织方式都有很大的关系。既然问题难免会遇到,那如何处理碳纤维针孔呢? 最简单的修补方法,就是240目砂纸水磨并清洗后,使用环氧树脂胶填充并再次打磨,反复操作,直到所有孔隙被封堵,后续再喷漆处理。这个虽然比较费时间...

    2020年2月15日
  • 汽车内饰件包覆碳纤维布制作图例

    碳纤维包覆工艺主要用于追求个性化的产品外观装饰,在产品原有基础上包覆自己喜欢的碳纤维布,然后经过树脂固化、打磨并抛光处理,得到一个满意的碳纤维纹理外观效果。 虽然这不是纯碳纤维部件,但性价比很高,它是经济的,同时保留了你想要的外观效果。下面分享汽车内饰件如何一步步做包碳处理的过程,希望对你有一定的启发与帮助。 一、使用320目水磨砂纸对汽车内饰条的原漆面,进...

    2020年1月10日 案例分析
  • 我要编织1平米的碳纤维布,需要多少米的丝束?

    哦,这取决于你想编织多重的布。每平米,较重的布相对较轻的,需要更多的丝束。要想知道多长丝束的便捷方法是,计算一般编织布的纱数(经纱和纬纱两个方向)。比如,一个典型的200-3k布,每厘米有5束的碳纤维纱,那么纬向有500根丝束,经向也有500根丝束,即总共1000米长的丝束可编织1平米的布。  

    2019年6月21日

发表评论

登录后才能评论