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碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦**钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
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碳纤维增强塑料的特性:
(1)强度高,弹性好:碳纤维的比强度(即抗拉强度与密度的比值)是钢的6倍,是铝的17倍;比模量(即杨氏模量与密度的比值,是物体弹性好坏的一个标志)是钢或铝的3倍以上。比强度高,就能承受较大的工作负荷,其较*作压力可用到350公斤/厘米2。此外,它的压缩率和回弹性均比纯F-4及其编织物要大。
(2)耐疲劳和耐磨性好:它的耐疲劳特性,比环氧树脂高得多,也比金属材料高;石墨纤维具有自润滑性,摩擦系数很小,其磨损量比一般石棉制品或F-4编织物小5~10倍。
(3)导热和耐热性能好:碳纤维增强塑料导热性好,摩擦产生的热量*散发出去,内部不易过热和蓄热,可以作为动密封材料。在空气中,它可以在-120~350℃的温度范围内稳定工作。随着碳纤维中碱金属含量的减少,使用温度还有可能进一步提高;在惰性气体中,它适应温度可达到2000℃左右,而且能经受冷热的急剧变化。
(4)耐振动性好:不易发生共振或颤振,也是减振消音的优良材料。
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应用:
碳纤维增强塑料在机械工业上主要用于一些承载零件(如连杆)、耐磨零件(轴承、密封圈、 活塞、衬垫板)、耐腐蚀零件(化工泵、高压泵、液压系统的动力密封装置和管道、容器)。作为齿轮材料的用量也较大,它可以达到金属齿轮那样的设计要求,而且重量轻,又有自润滑等优点。作为汽车零件材料时,可使自重降低1/3,节约燃料效果十分显著。此外,它可以制作飞机翼尖、尾翼、起落架及机内许多零件。在火箭、导弹的鼻锥体,火箭的喷嘴及人造卫星支架等方面也被选用。总之, 碳纤维树脂复合材料的出现,为现代工业和现代科学技术事业提供了优良材料。
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碳纤维类改性工程塑料以增强为主,是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以PA/PC/ABS/PBT/PPO为基体所形成的复合材料。主要应用于汽车制造、电子电气、家用电器、运动器材等要求高强度、高模量、低比重、抗静电、耐摩擦等领域,具体包括:汽车功能件、打印机、验钞机、电子托盘、纺织机线梭等。聚赛龙碳纤维增强塑料有PA、PC/ABS等。
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碳纤维树脂复合材料的特点:
碳纤维通常和环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等组成复合材料。它们不仅保持了玻璃钢的许多优点,而且许多性能优于玻璃钢。这类材料的密度比铝轻,强度与钢接近。弹性模量比铝合金大,疲劳强度高,冲击韧性高,同时耐水和湿气,化学稳定性高,导热性好,受X射线辐射时其强度和模量不变化等。它还具有优良的耐磨减摩性及自润滑性、耐腐蚀、耐热等优点。因此它的比强度和比模量在现有复合材料中****。碳纤维-环氧复合材料的强度和弹性模量都**过铝合金而接近于高强度钢,完全弥补了玻璃钢弹性模量小的缺点。此外,玻璃纤维树脂复合材料由于弹性模量低,应变量也相应较大,当应变到1%-2%时,树脂要发生碎裂。因此,设计玻璃钢零件时,其允许承载应力不**过极限应力的60%。而碳纤维则因弹性模量大,设计时可以允许在极限应力条件下使用。另外,在高温老化试验中,碳纤维树脂复合材料的强度损失也比玻璃钢小。因此,碳纤维树脂复合材料可以制作宇宙*行器的外层材料,人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构架。在机械工业中,碳纤维树脂复合材料用作承载零件(如连杆)和耐磨零件(如活塞、密封圈)以及像齿轮、轴承等承载耐磨零件。它还用作有抗腐蚀要求的化工机械零件,如容器、管道、泵等。
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碳纤维增强热塑性特种工程塑料在性能、成本、生产效率、回收利用等方面都比热固性碳纤维增强复合材料更具优势,
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