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科學(xué)家們一直在致力于研發(fā)質(zhì)輕高強(qiáng)的材料推動(dòng)經(jīng)濟(jì)、科技和社會(huì)發(fā)展,碳纖維復(fù)合材料就是其中典型的成功代表。它是用聚、瀝青在高溫”下預(yù)氧化碳化而成的,含碳量在92%以上。它性能優(yōu)越,使用范圍也很廣, 近年來(lái)隨著生產(chǎn)成本的降低更受人們歡迎了。
碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn):
碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)有強(qiáng)度高、模量高、、耐腐蝕、耐高溫、重量輕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。它的強(qiáng)度有3600MPa ,比普通鋼材高出倍,重僅有鋼的四分之一, 充分體現(xiàn)質(zhì)輕高強(qiáng)這個(gè)特點(diǎn)。碳纖維材料可耐幾千攝氏度的高溫,和樹(shù)脂混合制成復(fù)合材料后,因樹(shù)脂的關(guān)系耐高溫能力有所下降,不過(guò)也可耐幾百攝氏度的溫度。酸、堿、鹽、醇醛等化學(xué)物質(zhì)幾乎都不會(huì)對(duì)它有任何腐蝕,抗震,不容易被磨損。
碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用:
碳纖維復(fù)合材料早使用在方面,匹克運(yùn)動(dòng)球拍用處,解決了隔熱問(wèn)題,又在航天航空、、體育用品等領(lǐng)域?,F(xiàn)已擴(kuò)展到海洋開(kāi)發(fā)、
風(fēng)能發(fā)電、建筑加固、家具建材領(lǐng)域,就連日常生活中的小物品,例如杯子煙灰缸、錢(qián)夾等都能用碳纖維復(fù)合材料制造。
碳纖維制品應(yīng)用在哪些領(lǐng)域:
軌道交通:軌道交通企業(yè)熱衷于碳纖維材料,很大程度上是因?yàn)檩p量化,以往多采用鋁合用以減重,減輕重量可以大幅降低運(yùn)行能耗,碳纖
維材料的密度為1.7g/cm3 ,是鋁合金的60% ,減重性能更加突出。
文體/:高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、釣魚(yú)竿是三大文體支柱產(chǎn)品,匹克運(yùn)動(dòng)球拍,也是碳纖維應(yīng)用的重要領(lǐng)域。而碳纖維材料之所以能夠用于制作,是因?yàn)樘祭w維材料具有的X射線透過(guò)性能以及低X射線吸收率,在滿足使用要求的同時(shí),還能夠減少X射線對(duì)診治者以及醫(yī)護(hù)人員的傷害。
航天航空:在-些戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)上,碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)機(jī)特殊部位的特種功能部件,起到了明顯減重作用,大大提高了和耐腐蝕等性能,較為常見(jiàn)的案例就是F-35戰(zhàn)機(jī),采用多達(dá)35%的碳纖維復(fù)合材料才大幅降低了機(jī)體重量。
碳纖維表面處理的目的主要是為了防止弱界面層的生產(chǎn),并粗產(chǎn)生適合粘結(jié)的表面形態(tài),改善樹(shù)脂和增強(qiáng)材料的親和力。碳纖維表面處理的方法-般分為氧化處理和非氧化處理,氧化處理的原理 是引入極性基團(tuán)并消除弱性界面,非氧化處理的原理是沉積更活潑的碳和其他物質(zhì)。
一.氧化法
氣相氧化法:氣相氧化是利用氧化性氣體來(lái)氧化纖維表面,從而引入極性基團(tuán),并給與適宜的粗糙度來(lái)提高復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度。
液相氧化法:液相氧化法主要是將碳纖維浸入到某種氧化性溶液中,通過(guò)氧化劑來(lái)氧化刻蝕碳纖維表面。使碳纖維表面所含的各種含癢極性基團(tuán)和溝壑增多,匹克運(yùn)動(dòng)球拍制作方法,有利于提高碳纖維和樹(shù)脂之間界面的結(jié)合力。
氣液雙效氧化法:氣液雙效氧化法是指先用液相涂層,后用氣相氧化,使碳纖維的自身抗拉強(qiáng)度及其復(fù)合材料的層間剪切度均得到提高。
電化學(xué)氧化法:電化學(xué)氧化法就是指的陽(yáng)極電解氧化法。由于增加了大量的含癢官能團(tuán)和含氮官能團(tuán),提高了碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂的浸潤(rùn)性和反應(yīng)性,有利于改善碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能。
二、非氧化法
氣相沉積法:氣相沉積法是在碳纖維和樹(shù)脂的界面引入活性炭的塑性界面區(qū)來(lái)松弛應(yīng)力,從而提高了復(fù)合材料的界面性能。
電聚合法:電聚合法是在電場(chǎng)力的作用下使含有活性基團(tuán)的單位在碳纖維的表面聚合成膜,以改善其表面形態(tài)和組成。
-偶聯(lián)劑涂層法:偶聯(lián)劑層法所采用的偶聯(lián)劑為雙性分子,它的官能團(tuán)分別與碳纖維表面和樹(shù)脂反應(yīng)生成化學(xué)鍵,起到了化學(xué)媒介的作用,匹克運(yùn)動(dòng)球拍定制, 將二者牢固的連在一起,從而提高了界面的強(qiáng)度。
聚合物涂層法:碳纖維表面涂覆聚鋁氧烷,經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砗?,碳纖維表面生成氧化鋁涂層,使其性能得到提高,可與金屬?gòu)?fù)合制取碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
晶須生長(zhǎng)法:生產(chǎn)晶須的過(guò)程包括成核過(guò)程以及在碳纖維表面生長(zhǎng)非常細(xì)的高強(qiáng)度化合物單晶的過(guò)程。
等離子法:等離子體法主要是通過(guò)等離子體撞擊碳纖維表面, 從而刻蝕碳纖維表層, 使其表面的粗糙度增加, 表面積也相應(yīng)增加。
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