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【专业讲堂】一文简要了解碳纤维复合材料

2020-10-28 09:45:30

碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)是一种轻质、坚固的材料,广泛应用于生活中的各种产品。CFRP是一个用来描述以碳纤维为主要结构成分的纤维增强复合材料的术语。值得注意的是,CFRP中的“P”也可以代表“塑料”而不是“聚合物”。

通常,碳纤维复合材料使用热固性树脂,如环氧树脂、聚酯或乙烯基酯作为基体。虽然热塑性树脂也被用于碳纤维复合材料,但“碳纤维增强热塑性复合材料”通常有自己的缩写,即CFRTP复合材料。

在使用复合材料或在复合材料行业内工作时,了解术语和首字母缩写很重要,更重要的是,有必要了解FRP复合材料的性能以及碳纤维等各种增强材料的性能。

碳纤维复合材料

CFRP复合材料的性能优势碳纤维增强复合材料与传统材料(如玻璃纤维或芳纶纤维)增强的复合材料有所不同,CFRP的明显优势体现在:

重量轻:使用连续玻璃纤维和70%玻璃纤维(玻璃重量/总重量)通常密度为0.065磅/立方英寸;而具有相同70%纤维重量的碳纤维复合材料的密度通常为每立方英寸0.055磅。

高强度:碳纤维复合材料不仅重量轻,而且碳纤维复合材料单位重量的强度更高。将碳纤维复合材料与玻璃纤维进行比较时确实如此,但与金属进行比较时,情况更是如此。例如,当将钢与CFRP进行比较时,相同强度的碳纤维结构通常仅为钢重量的1/5;再将CFRP与铝(使用的最轻金属之一)进行比较时,强度相等的铝结构的重量可能是碳纤维结构的1.5倍。

CFRP复合材料的缺点

高成本:虽然CFRP材料惊人,但目前制约CFRP广泛应用的根本原因在于其在许多情况下成本高昂。根据当前的市场条件(供求关系)、碳纤维的类型(航空航天与商业级)和纤维束尺寸,碳纤维的价格可能会有很大的变化。如果按照每磅价格计算,碳纤维比玻璃纤维贵5到25倍当将钢与CFRP复合材料进行比较时,这种差异甚至更大。

高导电:这可能是碳纤维复合材料的优点,也可能是根据应用情况而定的某种缺点。碳纤维具有极高的导电性,而玻璃纤维是绝缘的。许多应用使用玻璃纤维,不能使用碳纤维或金属,严格来说是因为导电性。例如,在公用事业行业中,许多产品需要使用玻璃纤维。这也是梯子使用玻璃纤维作为梯子导轨的原因之一。如果玻璃钢梯子与电源线接触,触电的几率就会低得多。CFRP梯子就不是这样了。

尽管碳纤维复合材料的成本仍然很高,但制造业的新技术进步仍在继续,使产品更具成本效益。希望在不远的将来,我们将能够看到高性价比的碳纤维被广泛应用于消费、工业和汽车领域。

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