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2023-07-31
碳纤维复合材料的特性分析
2021-07-16 16: 13江苏卜式碳纤维碳纤维复合材料是以树脂为基体，碳纤维为增强体的复合材料。它具有碳材料的固有性质，纺织材料的柔软性和可加工性，是军民两用的材料。碳纤维复合材料广泛应用于航空空领域。碳纤维复合材料因其比强度高、比模量高、可设计性强、易于整体成型等优点，被广泛应用于更多领域。
碳纤维材料的种类很多，按照原材料的分类可以分为三种:PAN原丝、沥青纤维和粘胶纤维。目前广泛使用的是PAN基碳纤维，其应用超过90%，而粘胶基碳纤维产量最低，不到总量的1%。碳纤维具有明显的性能优势，主要包括以下几点。
首先，材料密度小
它的密度是几种主要金属材料的0.2倍到0.57倍之间，因此在同一设备上使用碳纤维材料可以在原来的基础上减轻30%到40%的重量。
第二，比强度和模量高。
比强度是指拉伸强度与密度的比值，模量是指弹性模量与密度的比值。碳纤维的高比强度和高比模量充分说明其具有质轻的特点，比模量一般在其他材料的1.3倍到12.3倍之间。当它应用到很多领域时，可以解决很多传统材料无法解决的问题。
第三，先进的设计
碳纤维的强各向异性为材料设计提供了多种可能性，较宽的铺层取向范围为设计提供了较宽的空范围。
4.碳纤维材料具有良好的抗疲劳性能。
疲劳破坏是指材料的尺寸和方向随时间周期性变化，在载荷(即交变载荷)作用下产生裂纹和断裂的现象。碳纤维复合材料中碳纤维与树脂基体之间存在许多界面，可以有效防止裂纹的扩展和产生。
五是抗震性能好。
碳纤维复合材料固有频率高，能吸收大量振动能量，在汽车和轨道交通车辆中应用尤为广泛。
第六，良好的高温性能
铝合金的最大承载能力为400℃，而碳纤维复合材料的强度和弹性模量在400℃时几乎没有变化，因此其最大承载能力远高于400℃。
七、破碎安全性高
由于碳纤维材料已经是一个超静定系统，其损伤需要经历基体损伤、开裂和界面脱粘纤维断裂等一系列过程。即使少量纤维因过载而断裂，也会转移到其他纤维材料上，而不会损坏整个部件。
八、便于大面积整体成型。
碳纤维材料的树脂基体为高分子材料，虽然成型困难，但一旦确定生产工艺，其成型过程比其他材料简单。此外，碳纤维材料制成的组件可以整体固化成型，减少了生产的零件数量，保证了组件的完整性和安全性，节省了工时和工序，大大降低了成本。
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