碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強(qiáng)度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕性強(qiáng)、比耐熱鋼耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。碳纖維主要被制成碳纖維增強(qiáng)塑料這種復(fù)合材料來應(yīng)用。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
每一根碳纖維由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5滋m～8滋m。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，由一層層以六角型排列的碳原子構(gòu)成。碳纖維與石墨兩者的差別在于層與層之間的連接。石墨是晶體結(jié)構(gòu)，它的層間連接松散，而碳纖維不是晶體結(jié)構(gòu)，層間連接是不規(guī)則的，這樣可防止滑移，增強(qiáng)物質(zhì)強(qiáng)度。
一般碳纖維的密度為1750kg/m3，導(dǎo)熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容量亦比銅低。當(dāng)加熱的時候，碳纖維會變厚、變短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但科學(xué)家可以把它染成不同的顏色。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
碳纖維的種類ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90％以上的纖維材料，稱之為碳纖維。碳纖維的分類有許多方法，可依原料、性能、形態(tài)來進(jìn)行分類。若依原料可分為聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纖維；瀝青（Pitch）系碳纖維。其中聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纖維具有高強(qiáng)度、高彈性率的性質(zhì)，在航空器材、體育、休閑娛樂等領(lǐng)域大范圍使用。瀝青（Pitch）系碳纖維具有的高彈性模量、高導(dǎo)熱性等特性是聚丙烯腈系碳纖維所達(dá)不到的，通常以長纖維形態(tài)被利用。由于瀝青系碳纖維為高模量級纖維，比彈性模量顯著優(yōu)良，故適合于支配剛性結(jié)構(gòu)物輕量化并賦予其結(jié)構(gòu)剛性。另外，瀝青系碳纖維具有高導(dǎo)熱性、低電阻、低熱線性膨脹率及化學(xué)穩(wěn)定性好等特性。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
依機(jī)械性能可分為超高彈性率碳纖維(UHM類型)，彈性率600GPa以上，強(qiáng)度2500MPa以上；高彈性率碳纖維(HM類型)，彈性率350GPa～600GPa，強(qiáng)度2500MPa以上；中彈性率碳纖維(IM類型)，彈性率280GPa～350GPa，強(qiáng)度3500MPa以上；標(biāo)準(zhǔn)彈性率類型碳纖維(HT類型)，彈性率200GPa～280GPa，強(qiáng)度2500MPa以上；低彈性率碳纖維(LM類型)，彈性率200GPa以下，強(qiáng)度3500MPa以下。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
碳纖維特點(diǎn)及性質(zhì)ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
碳纖維呈黑色，堅(jiān)硬，具有強(qiáng)度高、重量輕等特點(diǎn)，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在35000MPa以上，是鋼的7.9倍，抗拉彈性模量為230000MPa～430000MPa，高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度，即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到20000MPa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為590MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，構(gòu)件自重愈小；比模量愈高，構(gòu)件的剛度愈大。從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程上的廣闊應(yīng)用前景。縱觀多種新興復(fù)合材料，如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)異性能，眾多專家預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進(jìn)入到一個復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
PAN碳纖維及其復(fù)合材料具有以下特征（其中括號內(nèi)為碳纖維的纖維軸方向的特征）：（1）機(jī)械特性，與金屬相比，密度小，質(zhì)輕；模量高，高剛性；強(qiáng)度高；疲勞強(qiáng)度高；耐磨耗性、潤滑性優(yōu)良；振動衰減性優(yōu)良；（2）耐熱性、安定性，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好；具有導(dǎo)熱性；在惰性氣體中耐熱性優(yōu)良；（3）電傳導(dǎo)及電磁波屏蔽性，具有導(dǎo)電性；具有電磁波屏蔽性；（4）X射線透過性優(yōu)良；屬多種導(dǎo)性材料，針對其目的可設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
2007年，日本主要碳纖維生產(chǎn)商東麗公司與日產(chǎn)汽車等企業(yè)聯(lián)手開發(fā)出了使用碳纖維的尖端材料，可大幅減輕汽車主要部件，如底盤的重量。新技術(shù)可使汽車整體重量減輕1成，提高燃效性能4%～5%。另外，耐沖擊性可達(dá)到原來的1.5倍。這些廠家計(jì)劃3年后在市售車上應(yīng)用此新技術(shù)。在全球?yàn)闇p排溫室氣體而強(qiáng)化燃效規(guī)定的背景下，這一新技術(shù)有望加快以鋼鐵為主的汽車原材料的轉(zhuǎn)變。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
底盤是汽車底部的骨架，是與發(fā)動機(jī)等同等重要的基礎(chǔ)部件。此前，曾在將發(fā)動機(jī)的動力傳導(dǎo)給車輪的傳動軸上采用過碳纖維。如果新技術(shù)達(dá)到實(shí)用水平，則是首次在汽車主要部件上采用碳纖維。以高級乘用車為例，目前的鋼鐵底盤重量約達(dá)300kg，如果改用碳纖維與樹脂合成的碳纖維強(qiáng)化塑料，則可降低到150kg左右，1.5t左右的汽車總重量由此可減輕1成。另外，在發(fā)生碰撞事故時，底盤會發(fā)生變形，從而吸收沖擊力。假定在時速60km下發(fā)生碰撞事故，底盤的能量吸收量可提高到1.5倍，從而可減輕人體所受的沖擊。ccE建筑醫(yī)生網(wǎng),建筑修繕,工程鑒定咨詢,加固,補(bǔ)強(qiáng),建筑工程問題診斷網(wǎng)
材料參數(shù)
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材料名稱 |
臺麗碳纖維 |
臺麗碳纖維 |
日本碳纖維 |
日本碳纖維 |
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克重（g/m2） |
200 |
300 |
200 |
300 |
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比重（g/cm3） |
1.7 |
1.7 |
1.7 |
1.7 |
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設(shè)計(jì)厚度（mm） |
0.111 |
0.167 |
0.111 |
0.167 |
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抗拉強(qiáng)度(MPA) |
≧3200 |
≧3200 |
≧3500 |
≧3500 |
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抗拉模量(GPA) |
≧230 |
≧230 |
≧240 |
≧240 |
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長度(m) |
100 |
100 |
100 |
100 |
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