碳纤维复合材料为何可以替代其他材料使用？
江苏博实科技：碳纤维是由含量在90%以上的碳元素组成的纤维，碳纤维外表柔软，可加工性强，但是强度刚度却很高。碳纤维具有一般碳素纤维材料的特性，比如导电、导热、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等，碳纤维可以与金属、陶瓷、树脂等基质制成碳纤维复合材料，碳纤维复合材料性能优势明显，可以取代很多材料的应用。目前大部分人对碳纤维复合材料的了解并不是很多，对碳纤维的认知存在误区，今天由博实的戚工来给大家介绍一下碳纤维复合材料为什么可以取代其他材料使用。
碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度达到2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。
（碳纤维板）
钢材的热膨胀系数为13×6，在正、负最大温度变化情况下，可能会使结构产生很大的温度应力，给结构造成胁。例如卫星在几万公里上空运行，通过卫星天线和地面进行信息联系，当卫星面向太阳时，卫星天线温度升到+121℃左右，而当卫星运行背向太阳时，环境温度一下子降到﹣157℃左右，如此大的温度变化和温差，会使采用一般材料制成的结构产生很大的变形，导致信息传输质量下降(descend)，而碳纤维材料的热膨胀系数在﹣1.4~+1.7×6之间，是可以达到热不胀冷不缩的理想材料。
碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比达到到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。
（碳纤维方管，碳纤维矩形管）
碳纤维的化学性质与碳相识，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。
在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。
碳纤维复合材料并不是万能的，在某些领域，碳纤维复合材料还是无法取代传统材料的。不过碳纤维复合材料的优异性能还是可以在很多领域发挥更大的作用的。碳纤维复合材料在强度耐腐蚀性比强度等方面似乎更具有优势，而且在飞机的应用方面可见一斑，现在无论是空客还是波音，复合材料都已经占了一半，而且还有继续上涨的可能。
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