碳纤维树脂基复合材料的性能优势有哪些?

  碳纤维是一种含碳质量分数在95%以上的的特种纤维,具有高强质轻,耐疲劳、耐腐蚀,导电导热、电磁屏蔽性等优异性能,外形柔软,可加工成各种织物。按照加工原料的不同,碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维等。

  碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强体,以树脂基、陶瓷基、金属基等为基体制成的功能性材料,其中碳纤维增强树脂基复合材料的应用较为广泛。同其他金属材料相比,碳纤维增强树脂基复合材料具有一系列的性能优势。

  1. 密度小,质量轻:碳纤维增强树脂基复合材料密度仅为1.6 g/cm3,约为钢的1/5,铝合金的3/5,用其取代金属材质可达到产品质轻的要求。

  2.高强度,高模量:普通的T300系列碳纤维增强树脂基复合材料的拉伸强度可达1800MPa,约为铝合金的4倍,拉伸模量130GPa,约为金属铝的2倍。

  3.耐疲劳,寿命长:经过数百万次的循环应力疲劳试验,碳纤维增强树脂基复合材料的疲劳强度仍可达到其静强度的80%,不会产生长久变形,安全系数高、稳定性好。

  4.耐化学腐蚀性好:在一般的碱性环境下呈惰性,对有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性。

  5.热膨胀系数小:在常温条件下,碳纤维增强树脂基复合材料的膨胀系数为负值,在200~400℃环境下,膨胀系数接近于0,材料尺寸稳定性好。

  6.吸能减震,自润滑,耐磨损:对振动有优异的衰减功能,可以降低振动及噪声;耐磨性好,摩擦系数接近0,可以提高产品的配合顺畅度,减少部件磨损。

  7.导电导热性优异:导电效果良好,电阻率约为10*-3Ω.cm;导热效果优异,不蓄热,最佳状态下导热系数可达1000W/(m. K)。

  8.X射线透过性强,与生物相容性好:不会分解出小分子等有害物质,可作为外植入物替代人体的部分器官。

  碳纤维增强树脂基复合材料因具有优异的物理化学性能,以及日趋成熟的加工成型工艺,已在航天、医疗、交通、风电、体育等诸多领域得到广泛应用,促进了国民经济的发展。