碳纖維已經走進我們的生活？看完這篇文章你就明白了！

最新 07-31

碳纖維已經走進我們的生活，也許你沒有察覺，但它確實以某種方式存在著。例如，近年來，人們越來越注重運動生活，而隨著單車運動在國內的迅速發展，很多車友選擇碳纖維自行車作為自己的「坐騎」。那麼，為什麼這麼多人選擇碳纖維自行車？碳纖維到底有什麼優點呢？碳纖維的應用又有哪些呢？下面，我們一起探尋一下碳纖維的大世界吧！

碳纖維布

一、組成結構

碳纖維（carbonfiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規整，層與層之間借范德華力連接在一起。

碳纖維「外柔內剛」，質量比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本徵特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

二、化學性質

碳纖維是一種纖維狀的碳素材料。我們知道碳素材料是化學性能穩定性極好的物質之一。碳纖維的化學性質與碳相似，它除能被強氧化劑氧化外，對一般鹼性是惰性的。在空氣中溫度高於400℃時則出現明顯的氧化，生成CO與CO2。碳纖維對一般的有機溶劑、酸、鹼都具有良好的耐腐蝕性，不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，完全不存在生鏽的問題。可以認為在普通的工作溫度低於250℃環境下使用，很難觀察到碳纖維發生化學變化。根據有關資料介紹，從碳素材料的化學性質分析，在低於250℃環境下，碳素材料既沒有明顯的氧化發生，也沒有生成碳化物和層間化合物生成。

三、物理特性

1、輕質、高強度、高模量

碳纖維的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纖維拉伸強度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比強度和比模量，它比絕大多數金屬的比強度高7倍以上，比模量為金屬的5倍以上。由於這個優點，其複合材料可廣泛應用於航空航天、汽車工業、運動器材等。

2、熱膨脹係數小

絕大多數碳纖維本身的熱膨脹係數，室內為負數（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃時為零，在小於1000℃時為1.5×10-6/K。由它製成的複合材料膨脹係數自然比較穩定，可作為標準衡器具。

3、導熱性好

通常無機和有機材料的導熱性均較差，但碳纖維的導熱性接近於鋼鐵。利用這一優點可作為太陽能集熱器材料、傳熱均勻的導熱殼體材料。

4、耐化學腐蝕性好

從碳纖維的成分可以看出，它幾乎是純碳，而碳又是最穩定的元素之一。它除對強氧化酸以外，對酸、鹼和有機化學藥品都很穩定，可以製成各種各樣的化學防腐製品。我國已從事這方面的應用研究，隨著今後碳纖維的價格不斷降低，其應用範圍會越來越廣。

四、碳纖維的應用

1、飛機和汽車製造

碳纖維作為汽車材料，最大的優點是質量輕、強度大，重量僅相當於鋼材的20％～30％，硬度卻是鋼材的10倍以上。我國自行研製的碳纖維複合材料剎車預製件，其性能已全面達到國外水平。採用這一預製件技術所製備的的國產碳/碳剎車盤已批量裝備於國防重點型號的飛機，並將向高速列車、高級轎車、賽車等推廣使用。

2、體育休閑用品

體育應用中的三項重要應用為高爾夫球棒、釣魚桿和網球拍框架。目前，據估計每年的高爾夫球棒的產量為3400萬副。全世界碳纖維釣魚桿的產量約為每年2000萬副。網球拍框架的市場容量約為每年600萬副，其它的體育項目應用還包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行車，同時，碳纖維還應用在划船、賽艇、衝浪和其它的海洋運動項目中。