碳纖維

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
碳纖維布料

碳纤维是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维,为化纤的高端品种。它是由約5-10微米直徑的纖維構成的材料和主要由碳原子的構成。

結構與特性[编辑]

前面為直徑6微米的碳纖維與後面人類頭髮的比較

每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成,直徑大約5至8微米,幾乎全部由構成。最早的一代(如T300,HTA和AS4)有16-22微米直徑。[1]後來纖維(如IM6或IM600)的直徑大約有5微米。[1]

在原子層面的碳纖維跟石墨很相近,是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結。石墨是晶體結構,它的層間連結鬆散,而碳纖維不是晶體結構,層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。

一般碳纖維的密度為1750 kg/m3。導熱能力高但傳能力低,碳纖維的比熱容量亦比低。當加熱的時候,碳纖維會變厚而短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色,但可以把它染上不同的顏色。

應用[编辑]

RC直升機的尾部,由碳纖維增強聚合物英语Carbon fiber reinforced polymer製成。

在2009年,碳纖維複合材料的全球需求價值大約為108億美元,比上一年減少8-10%。預計到2012年將達到US$132億,到2015年增加擴大至US$186億,有7%以上的年增長率。強勁的需求來自於飛機和航空航天,風力發電,以及來自汽車行業。[2][3]

因為碳纖維又輕又堅硬,所以它的用途很廣泛。

複合材料[编辑]

用碳纤维制造的增强塑料质地强而轻,耐高温、防辐射、耐水、耐腐蚀,是制造飞行器、兵器及耐腐蚀设备等的优良材料。

近年來碳纖維更是廣泛被使用於大型飛機,例如空中巴士A350A380波音787均利用碳纖維複合材料來減輕耗油量。

另外大型風力發電機的葉片,賽車機車的車身均為碳纖維複合材料需求量增加的重要因素。腳踏車亦有使用碳纖維複合材料作為車架,但因碳纖維複合材料製造成本高,多為高階車種才能使用。

制造工艺[编辑]

一般用聚丙烯腈嫘縈、粘胶纤维等原料,先在200-300℃的空气中进行预氧化,继在气等惰性气体保护下,用1000℃左右的高温完成碳化,最后加热到1500-3000℃成碳纤维。

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 W.J. Cantwell, J Morton. The impact resistance of composite materials – a review. Composites. 1991, 22 (5): 347–62. doi:10.1016/0010-4361(91)90549-V. 
  2. ^ Market Report: World Carbon Fiber Composite Market. Acmite Market Intelligence. July 2010. 
  3. ^ Roman Hillermeier, Tareq Hasson, Lars Friedrich, Cedric Ball. Advanced Thermosetting Resin Matrix Technology for Next Generation High Volume Manufacture of Automotive Composite Structures. speautomotive.com. 

外部链接[编辑]