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你真的知道碳纤维吗?

2022-11-22 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

什么是碳纤维?

    二十世纪四、五十年代,美国人首次通过牵引人造丝的方法,制备得到了碳纤维符合材料。

    碳纤维是由含碳量高、且在热处理中不熔融的人造化学纤维经过化学、物理处理后制备而得,具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐酸碱等性能,较之一般碳素材料,有显著的各向异性、软软、可加工成各种织物。由于碳纤维的可编制性及其在强度、刚度、重量、疲劳特性等方面的优异表现,常被应用   ,与树脂、金属、陶瓷等基体符合,制备成高端结构材料,应用于高温、化学稳定性高的场合

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碳纤维的应用

 

在我国航天领域的应用

碳纤维复合材料由于耐高温、抗拉伸、比强度高、耐腐蚀、比模量高、受外界温度湿度影响小等力

学特性而被广泛应用于航空、航天领域。主要应用有卫星外壳、火箭整流罩、无人机外结构、精密设备

支撑结构件以及大型结构桁架、太阳能电池机架等

 

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在汽车外壳领域的应用

  碳纤维复合材料具备密度小、比强度高、耐久性好等优点,近些年,在车辆工程中得到了越来越多应用。

   碳纤维应用到汽车领域的好处有轻量化;安全性;舒适性;可靠性;提升车身开发水平。这些好处都是利用了碳纤维结构,而产生的特性如:具有更高的震动阻尼,这可以大幅度提升汽车行驶的舒适性,具有更高的疲劳强度,这样使得汽车使用寿命大大增长。可设计性比金属强,因此更易于车身开发的平台化,模块化,集成化等。

  


在高压容器的应用

 碳纤维复合材料的独特性能使得它在耐高压领域也得到很多应用,成为压力容器的组成材料之一,

它具有如下优势:

 

碳纤维复合材料由于其密度低质量轻,较高的比强度和比刚度,使得容器可以在不增加壁厚的情况下达到抗高压的效果,提高储存气体密度,目前已广泛应用于各种高压存储容器,并收到了显著应用效果和经济价值

 

碳纤维生产方式

 

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    随着各行业对材料轻量化和卓越性能的追求,碳纤维及其复合材料的应用越来越广泛,目前还没有大批量应用的原因主要是成本和生产效率的问题。而成本主要是材料成本和批量化成型加工成本,如何高速、高效大批量生产高质量、低成本的碳纤维复合材料,减少材料浪费,已经成为业内的共识。

1.车削加工

        车削是在碳纤维增强复合材料(CFRP )加工中应用最多的方法也是最基础的方法,通常适用于圆柱表面预定公差的实现。适合车削可以应用的刀具主要材料为:硬质合金或陶瓷以及聚晶金刚石。加工工艺中进刀速率,所切深度,和切削的速度都会影响工件成品表面质量和道具损坏程度,这也是进行技术优化的目标方向。

2.铣削加工

        铣削通常是对成品工件再加工的一种加工方式,要求的加工精度较高,对复杂工件粗加工后的修缮性的铣削过程。在加工过程中,同样端铣刀和CFRP 之间要进行复杂的相互作用,造成 CFRP 工件存在没切断的纤维纱线以及分层现象。为减少和避免类似缺陷产生,只要在加工前期,科学预测切削力和轴分层和未切断的纤维纱线毛边的现象时有发生的大小,控制加工工艺参数设置,将有效减少了毛刺毛边的产生。

   还有超声振动加工技术,转孔加工等多种方法。

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碳纤维发展趋势

 

   随着技术的不断进步,碳纤维制备技术不断提高,目前情况已形成以纸基、朔料基、钛合金等基体为依托,多种碳纤维结构材料,应用领域也从以前的高端奢侈品、军用品,逐渐扩展到智能制造、机

器人、新能源等多个领域。这些都为碳纤维材料在广泛的民品应用领域展开多种应用做了充分准备。随

着应用领域的不断增加,还会出现有特殊功能的碳纤维复合材料,如具有电磁防护功能的碳纤维复合材

料,高导电率碳纤维材料等等

 

 

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