碳纤维复合材料的性能优势及应用现状

  碳纤维指的是通过将有机母体纤维经过高温(1000℃-3000℃)惰性气体保护下,以高温分解与碳化的方式形成含碳量在90%以上的一种无机高分子材料。其有着优秀的力学性能,虽然其比重只有钢材的四分之一,但其抗拉伸强度可达到钢的7倍以上,并且其有着巨大的耐高温性能,在2000℃并运用惰性气体对材料进行保护环境下,碳纤维是目前已知所有材料中强度唯一不下降的材料,碳纤维的优势是钢以及其他合金金属无法比拟的。另外碳纤维还具备高度耐腐蚀、减震等效果。

  1.航空领域

  碳纤维成为航空航天多部件的主要材料,广泛应用于发动机、涡轮等部位。根据相关数据表明,在小型直升飞机以及小型商务飞机中,碳纤维材料占飞机材料比重的45%左右,运用飞机碳纤维材料占比达到35%左右。在民用航天中,空客在A380大型飞机中所使用的碳纤维材料占据整个飞机比重的20%左右。我国商务飞机c919中碳纤维所占比重也达到25%。在航天领域上,碳纤维材料的应用更加广泛,在导弹、火箭等发射简以及发动机、防热层中都出现碳纤维的身影。大大降低了航天器的质量,提升了航天器的运输能力。

  2.汽车领域

  随着人们对汽车要求的越来越高,汽车的轻量化与安全化、发动机效率的高效化已经成为当代汽车消费的主要参考因素之一,碳纤维材料则成为了理想的结构材料。目前碳纤维广泛应用于汽车发动机的推杆、连杆、传动轴等多部件中,另外在汽车加速器、底盘悬置件、车门等多部件也有很大应用。

  3.体育领域

  体育领域目前是碳纤维的第二大消耗领域,近年来体育领城每年消耗碳纤维达到5千吨,自2006年到2015年之间,体育领域对碳纤维的需求每年保持3%的增长速度。碳纤维在体育用品领域的应用主要集中于高尔夫球杆、鱼竿、自行车、滑雪板等高档体育用品。相对于传统金属材料用品,碳纤维材料可减重最高达50%以上。

  除上述三大领域外,碳纤维材料由于其强大的物理性能广泛应用于其他行业中,例如在风力发电中,碳纤维广泛应用于分离发电机的叶片的制造。在建筑领域,体碳纤维应用于屋顶、混凝土、桥梁等建筑物。在石油领域中应用于石油抽油杆、石油运输管道、钻井平台等领域。总之,碳纤维由于其众多优势在各行各业中都有着巨大引用前景,碳纤维材料必然将成为未来主要材料。