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解讀碳纖維復(fù)合材料的性能特點與不足

發(fā)布時間：2016-08-01

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碳纖維復(fù)合材料主要運用在汽車上，碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為 23000~43000Mpa也高于鋼。一起來了解碳纖維復(fù)合材料的性能特點與不足吧。

碳纖維復(fù)合材料的性能特點

碳纖維增強復(fù)合材料，不同于其他使用傳統(tǒng)纖維，如玻璃纖維或芳香族聚酰胺纖維等的FRP復(fù)合材料，CFRP復(fù)合材料的優(yōu)良性能包括：

重量輕——傳統(tǒng)玻璃纖維增強復(fù)合材料采用連續(xù)的玻璃纖維，其含量為70％（重量玻璃/總重量），每立方英寸的密度通常為0.065磅。

強度高——CFRP復(fù)合材料盡管重量輕，然而相比于玻璃纖維復(fù)合材料，每單位重量的CFRP復(fù)合材料卻具有更高的強度和更大的硬度。而與金屬材料相比時，這一優(yōu)勢則更加突出。例如，經(jīng)驗告訴我們，CFRP材料相比于鋼材，在等強度條件下，其重量只有鋼的1/5。可以想像為什么所有汽車制造企業(yè)都在研究使用碳纖維來代替鋼材，從而提高其產(chǎn)品性能。

當(dāng)CFRP復(fù)合材料與鋁，質(zhì)量最輕的金屬之一，相比較時，根據(jù)基本假設(shè)，等強度的鋁材，其重量約為碳纖維體的1.5倍。當(dāng)然實驗中也存在許多其他變量，可能會影響對比結(jié)果，比如，材料的檔次和質(zhì)量不同，復(fù)合過程，生產(chǎn)過程，纖維結(jié)構(gòu)及品質(zhì)也需要被考慮在內(nèi)。

碳纖維復(fù)合材料的缺點與不足

成本高——盡管CFRP復(fù)合材料性能優(yōu)異，為什么碳纖維沒有廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)呢？目前，CFRP復(fù)合材料生產(chǎn)成本過高。根據(jù)當(dāng)前的市場情況（供給和需求），碳纖維的種類（航天VS商品級），纖維束的大小不同，纖維的價格也判若云泥。每磅碳纖維原材料的價格，可達5-25倍玻璃纖維價格不等。而相比于鋼材，CFRP材料的高成本性就更加突出了。

導(dǎo)電性——這既可以作為碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢，也可能成為實際應(yīng)用中的一個缺陷。碳纖維導(dǎo)電性極強，而玻璃纖維是絕緣的。許多產(chǎn)品使用玻璃纖維，而不能用碳纖維或金屬替代，是因為其要求具備嚴(yán)格的絕緣性。

在公用設(shè)施生產(chǎn)中，許多產(chǎn)品都需要使用玻璃纖維。例如，梯子的生產(chǎn)使用玻璃纖維作為梯架，原因在于：當(dāng)玻璃纖維梯子與電力線接觸時，觸電的可能性會降低許多。而碳纖維梯子導(dǎo)電性極強，后果則不可想象。

盡管碳纖維復(fù)合材料的成本居高不下，然而伴隨著科技進步，更多高效益產(chǎn)品的涌現(xiàn)指日可待。或許在不遠(yuǎn)的將來，我們將有望見證高性能碳纖維產(chǎn)品在消費市場，工業(yè)生產(chǎn)和汽車制造中的大范圍應(yīng)用。（文章來源：合家網(wǎng)）

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