碳纤维复合材料形式与特性分析

  碳纤维是一种新型非金属材料。碳纤维及其复合材料属于高新技术产品.具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等-系列优异性能。它既可作为结构材料承载负 荷,又可作为功能材料发挥作用。因此,近年来有关碳纤维的应用研究的发展十分迅速,在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用。

  碳纤维材料的产品有四种形式:丝束、布料、预浸料坯和切短纤维。布料是由碳纤维制成的织物。预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列,并将碳纤维或布料用树脂浸泡使其转化成片状。切短纤维是指短丝。碳纤维的主要用途是与塑料、金属、陶瓷等基体复合,制成碳纤维复合材料。根据用途不同,按照不同的配比,将不同的碳纤维产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料,其加工方法有缠绕成型法.树脂转注成型法(RTM)、薄片缠绕法。碳纤维与最合适的树脂及预制工艺的结合使得碳纤维的应用更加具有吸引力。

  碳纤维与钻石一样是主要由碳元素组成的物质,具有以下特性:轻质高强,其比重为铁的四分之一,比强度为铁的10倍.尤其是高弹模量碳纤维.其抗拉强度比钢材大68倍,弹性模量比钢材大1.8-2.6倍。如日本东丽已开发出高强型T1000系列碳纤维,其抗拉模量为295GPa,拉伸强度达7. 05GPa,而高强高模M5J型碳纤维,抗拉模量达640GPa,抗拉强度为3.62GPa;化学性能非常稳定,耐高温和低温以及耐腐蚀性高,在600℃高温下其性能保持不变,在-180℃低温下仍很柔韧,不与恶劣环境下酸、碱、盐发生腐蚀性反应;加工性能好,例如,由于碳纤维布质轻又可折可弯,可适应不同构件形状,成型很方便,可根据受力需要粘贴若十层,而且施工时不需要大型设备,也不需要采用临时固定对原结构尤新的损伤。此外,碳纤维的其他特性还包括高强度的X射线穿透性、较高的抗热、导电性及抗磨蚀性能等。

  我国PAN基碳纤维材料加工业已初具规模,有一定的技术基础和市场开发能力,市场需求比较旺盛,但碳纤维的生产远远不能满足市场需求。此外,考虑到我国碳纤维的应用还在不断发展,许多用途还有待开发,如碳纤维在建筑工程修补增强方面、飞机和汽车刹车片、汽车和其他机械零部件的应用以及电子设备套壳、集装箱、医疗器械、深海勘探和新能源的开发等方面都将是我国碳纤维未来的潜在消费市场,对碳纤维的需求量将更大,因此,未来我国碳纤维的市场需求前景广阔,潜力极大。