碳纖維的出現(xiàn)刷新了材料史，也刷新了工業(yè)制造史，碳纖維是繼玻璃纖維之后的又一個重要發(fā)現(xiàn)。它的高輕度、高模量、耐高溫、耐疲勞、導(dǎo)電性、透光性和可加工性，讓它成為了科技界的寵兒。如今碳纖維的研究一直在進行，碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
 
碳纖維原絲
 
碳纖維誕生于50年代初，經(jīng)過30年的研究，在80年代，各種高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，讓科學(xué)技術(shù)的發(fā)展得到了新的一次飛躍。
 
碳纖維復(fù)合材料的性能研究
 
碳纖維是由碳元素組成的一種特殊纖維，它是由熱穩(wěn)定的氧化，碳化和石墨化過程制成，其碳含量高且在熱處理過程中不會熔融。
 
1、碳纖維的物理性質(zhì)
 
A、熱性質(zhì)：由于石墨晶體的高各向異性，碳材料具有高度的各向異性，這不同于一般固體材料和溫度的依賴性。從工業(yè)應(yīng)用的角度來看，碳材料的比熱通常是恒定的。幾乎與石墨化程度和碳材料類型無關(guān)。
 
B、導(dǎo)熱性：碳材料的導(dǎo)熱機理不取決于電子，而是取決于晶格的振動和導(dǎo)熱。因此，維德曼·弗朗茲定律不符合金屬。根據(jù)相關(guān)資料，普通碳材料的導(dǎo)熱系數(shù)非常高，平行于晶粒方向的導(dǎo)熱系數(shù)可與黃銅媲美。
 
C、電性能：碳材料的電性能主要與石墨晶體的電子行為和不同的加工溫度有關(guān)。石墨的電子能帶結(jié)構(gòu)和載體的類型及其擴散機理決定了上述性能。碳材料的電特性具有本征半導(dǎo)體的特性。電阻率的變化主要與載流子的數(shù)量有關(guān)。
 
2、碳纖維的化學(xué)性質(zhì)
 
首先碳纖維是纖維狀碳材料，是碳材料的最早特征之一，除了強氧化性酸和其他特殊物質(zhì)外，碳纖維在正常大氣溫度和壓力下是呈化學(xué)惰性的，通常認為在地域250°的范圍內(nèi)，碳纖維幾乎沒有化學(xué)變化。這種變化可以是氧化，或者形成碳化物和層間化合物。
 
另外由于碳材料具有孔結(jié)構(gòu)，因此孔隙率約為25％，在加熱過程中容易產(chǎn)生氣體脫氣。該過程更有利于電性能的穩(wěn)定性以及在電加熱領(lǐng)域的應(yīng)用。
 
碳纖維復(fù)合材料的實際應(yīng)用
 
說完了碳纖維的穩(wěn)定性能，再來看看現(xiàn)在大熱的碳纖維復(fù)合材料。目前市面上絕大部分的碳纖維復(fù)合材料可以歸類為熱固性碳纖維復(fù)材，通常是碳纖維和環(huán)氧樹脂等基本的融合，再通過特殊的加工工藝定型。
 
延續(xù)了碳纖維的性能表現(xiàn)，碳纖維復(fù)合材料同樣具備高輕度、高模量、耐高溫、耐疲勞、導(dǎo)電性、透光性和可加工性等特點，另外碳纖維復(fù)合材料與同樣體積的金屬材料想必，重量更輕，是理想的工業(yè)材料。
 
1、工業(yè)用抗熱和結(jié)構(gòu)材料，如噴嘴，鼻錐，大面積的隔熱層；天線，太陽能翼板地板；機翼前部和艙口等部分 哈伯特太空望遠鏡測量架，太陽能電池板和無線電天線。
 
2、工業(yè)使用主要的軸承結(jié)構(gòu)材料，例如主翼，尾翼和機身；副軸承組件，例如方向舵，起落架，副翼，擾流板，機艙，整流罩和座板以及c / c制動盤。
 
3、運輸用作汽車的傳動軸，板簧，車架和制動塊；造船和海洋工程用于制造漁船和魚類。
 
無錫智上解析：碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可遠不止以上的這些，隨著碳纖維原絲與熱塑性樹脂基體研究的日益深入，像聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、熱塑性聚酰亞胺（TPI）等高性能樹脂相繼證明可提升碳纖維復(fù)合材料的各項性能，更多的應(yīng)用領(lǐng)域正在等待開發(fā)。