碳纤维复合材料的物理与化学性能优势有哪些?

  碳纤维最优良的性能是比强度和比模量超过一般的增强纤维,它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高3倍左右。碳纤维复合材料应用在航天、导弹和运动器材上,可以显著减轻重量,提高有效载荷,改善性能,是航天工业的重要结构材料。

  一、物理性能:

  1.密度小,质量轻,比强度高。碳纤维的密度为1.5~2g/cm3,相当于钢密度的1/4,铝合金密度的 1/2。而其比强度比刚大16倍,比铝合金大12倍。

  2.强度高。其拉伸强度可达3000~4000MPa,弹性比钢大4~5倍,比铝大6~7倍。

  3.具有各向异性,热膨胀系数小,导热率随温度的升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。

  4.导电性好,25℃时高模量纤维为775μΩ/cm,高强度纤维为1500μΩ/cm。

  5.耐高温和耐低温性好。碳纤维可在2000℃下使用,在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在 -180℃低温下,钢铁变得比玻璃脆,而碳纤维依旧很柔软,也不脆化。

  6.耐冲击性较差,容易损伤。(碳纤维复合材料抗拉不抗穿刺,生活中避免让碳纤维产品碰到锋利的小石子或尖锐物体,以防止发生破裂现象)。

  二、化学性能:

  1.耐酸性能好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为 50% 的盐酸、硫酸、磷酸中,200天后其弹性模量、强度和直径基本没有变化;在50%浓度的硝酸中稍有膨胀,其耐腐蚀性能超过黄金和铂金。

  2.此外,还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

  3.在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,碳纤维在使用前须进行表面处理。