做“玻璃鋼”的應該了解的“碳纖維”基礎知識

碳纖維(carbon fiber,簡稱CF),是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。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“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、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征特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。碳纖維具有許多優良性能,碳纖維的軸向強度和模量高,密度低、比性能高,無蠕變,非氧化環境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。碳纖維與傳統的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。2018年2月,完全自主研發出條百噸級T1000碳纖維生產線。
先
  獨特的性能可設計性,令碳纖維成為各種工藝和應用的理想選擇。
  碳纖維物化性能
  機械數據與動力性能
  高強度
  高模量
  低密度
  低蠕變率
  吸振性良好
  耐疲勞
  化學性能
  化學惰性
  無腐蝕性
  強耐酸、耐堿以及耐有機溶劑性
  熱學性能
  低熱膨脹
  低導熱率
  電磁性能
  低X光吸收率
  無磁性
  電氣性能
  高導電率
  碳纖維加工
  碳纖維既可以干法加工,又可以濕法加工/配合樹脂加工。
  干法加工:
  預成型體
  織物
  炭繩
  多軸向織物/無屈曲織物(NCF)
  單向織物/經編織物
  特種紙
  濕法加工/配合樹脂加工:
  熱固性預浸料
  熱塑帶
  纏繞
  RTM、VARTM以及SCRIMP
  其它樹脂注入工藝,譬如RIM與SRIM
  拉擠
  碳纖維用途
  碳纖維是航空航天、汽車、娛樂以及醫療應用中大荷載結構件的理想選擇。此外,碳纖維還廣泛應用于風力發電、能源以及化工行業。
  航空航天
  理想的飛機應該是結構牢固、重量輕,因為重量越輕,表示升力越大;強度越大,表示安全性和舒適度就越高。這就是碳纖維成為航空航天領域完美材料的原因。碳纖維結構極其堅固、重量非常輕,此高性能有助于讓現代飛機翱翔藍天,同時可以減少燃料消耗,實現環保。東邦公司是的碳纖維制造商,我們的產品已經應用于各種航空航天器,包括商用飛機、軍用飛機、直升機以及UAV(無人機)。因此,您下次乘飛機時,可以留意機翼,有可能看到我們的產品。
 
  汽車
  汽車行業是目前市場大的領域之一。但是,鑒于路上汽車的絕對數量,現在的重點已經轉移到必須減少排放和燃料消耗。人們正在進行各種創新,減輕汽車的重量,提高汽車的安全性和舒適度,增加剛性與強度,從而提高汽車行駛效率,碳纖維在此過程中的作用日益重要。東邦碳纖維產品已經應用于許多汽車,包括主流系列車輛,高性能賽車及輕質油電混合動力汽車。
 
  土建工程
  碳纖維強度又高、柔軟易鋪,在土建領域用途十分廣泛??捎糜谛扪a加固建筑物,使其如同全新建筑物。
  碳纖維層壓板廣泛用于提高樓板和柱子的承重,一種新的方式是使用格柵構筑物進行加固,格柵構筑物可以澆灌噴射混凝土,此方式的使用量正在迅速增加。
  此外,碳纖維可以抵抗地震損壞,因此還可用于新建建筑物的結構加固,也可以作為鋼筋預制件的替代品。
  碳纖維不會腐蝕生銹,因此碳纖維混凝土層可以減薄很多,因為沒有鋼芯需要考慮防腐,這樣極大減少了建筑物的混凝土使用量,同時還附帶其它益處,譬如減少成本,加快施工進度,縮短干燥時間等。
  此外,碳纖維也是推動創新的動力。可用于屏蔽電磁干擾,因為具有良好的導電性,可以傳遞樓宇參數信息,成為智能樓宇不可分割的一部分
 
  可再生能源
  海上與陸地風力發電在我們能源組合中的比例正在增大。增加風力發電量意味著對風力發電部件的需求在增加,這正是碳纖維大顯身手的領域。使用碳纖維材料,可以制造更大的葉片,提高每個發電機組的輸出功率。此外,碳纖維還可構成復合材料儲能器的飛輪零件,所存儲的能量要多于鋁制或鋼制儲能器。
  在我們從天空中獲取的其它形式能源--太陽能中,碳纖維同樣不可或缺。太陽能板邊框與支撐板均可采用碳纖維材料制造。
 
  壓力容器
  碳纖維還用于日益普及的天然氣汽車與貨車壓縮天然氣氣瓶,以及燃料電池汽車中的氫氣氣瓶,燃料電池汽車被認為是未來環保的汽車。
  目前的主流是碳纖維纏繞加固鋁制或塑料內膽制造的輕質、高壓氣瓶,您可以在城鎮上看到使用碳纖維加固天然氣瓶的汽車。而且,運輸壓縮天然氣用的大型氣瓶也可采用碳纖維繞絲方法制造。
 
  工程塑料/電子
  工程塑料必須滿足日益嚴苛的要求。目前的趨勢是設計更加緊湊、部件規格更小,但需承受更大的應力,譬如更高溫度或更快的運行速度。并且滿足這些要求的同時,要求部件要有耐用性。
  許多行業均要求使用復合材料部件,特別是汽車、電力以及電子領域,因為改性材料重量更輕、結構更加緊湊、耐磨損性更強。
  可利用短切碳纖維配合尼龍或聚碳酸酯等其它樹脂制成改性工程塑料,這種材料十分適用于上述要求。碳纖維添加入樹脂之后,即可減輕塑料件重量還可提高強度。
  此外,碳纖維具有導電性,因此,還可以為塑料材料帶來其它性能——防止靜荷載,防止受到電磁干擾。
  使用碳纖維可以減輕設備重量,提高強度。您只需要查看自己的筆記本、LCD投影儀或相機機身或鏡頭,即可看到碳纖維的身影。
 
  工業應用
  碳纖維復合材料在各種工業機械部件中十分顯眼,例如 造紙輥筒采用碳纖維復合材料后,不僅大幅減輕重量,而且增加剛度。另外的應用便是用于LCD總成或大型LCD面板運輸的機器人手臂,它們所依賴的正是碳纖維的輕質與超高剛度。
  碳纖維增加耐磨損性,提高各工業部件強度,提高其效率與鋼性。
 
  船舶
  碳纖維產品可于任何一座海洋上被發現。在帆船賽艇采用這種奇特的材料之后,碳纖維找到了應用于下一代游艇、賽船乃至客船的途徑。
  碳纖維復合材料是海洋極限環境的理想選擇。故而廣泛應用于桅桿、帆布、船身、上層結構、傳動軸以及螺旋槳等。
 
  醫療設備
  碳纖維具有良好的X光穿透性,且不具備磁鐵性,十分適用于醫療設備,尤其是復雜的醫療掃描裝置。此外,碳纖維的性能還能耐住消毒不會對人體產生危害,這一點使其成為了許多手術室的重要物品。
  碳纖維強度高、質量輕,是醫療輔助裝置的完美選擇,譬如輪椅、病床、假肢、便攜式輪椅坡道等等。
 
  石油和天然氣
  碳纖維為石油和天然氣行業提供高性能解決方案。
  在不斷變化的現代,化石燃料越來越難以提取,海上石油與天然氣行業的盛行足以證明。這種趨勢也正推動人們研發輕質材料取代鋼鐵。
  這一情況在深水區域更加明顯,深水區域需要采用新技術才可以更加高效地從深海油田提取出石油。此外,隨著工作壓力和溫度,以及提取出的原油腐蝕性不斷增強,水下材料的性能要求日益嚴苛。
  碳纖維的主要優點:
  重量輕
  安裝成本低
  安裝時間短
  產品壽命長
  長度加長
  產品性能改善
  碳纖維具有高韌性、高強度以及高抗拉模量等獨特性能,是高性能深水產品的完美選擇。將碳纖維替代鋼鐵,可讓深水開發不會被產品強度局限并到達新的深度。
 
  體育用品
  碳纖維是一種高性能材料,非常適用于高性能的體育用品。
  一直以來,碳纖維在體育用品領域的表現都很突出,從賽車到滑雪、高爾夫、垂釣以及網球,碳纖維均得到廣泛應用。
  隨著碳纖維日益普及以及價格回落,已在體育用品中得到更多應用?,F在,我們看到許多球拍、滑雪板、雪橇、曲棍球棍、釣竿、高爾夫球桿、自行車、沖浪板、風箏、鞋子以及其它體育產品均采用了碳纖維。
  作為高性能材料,碳纖維幾乎是所有高水平體育運動器材的理想材料,對于這一點,不應該感到驚訝。