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碳纖維復合材料的性能和用途
碳纖維主要是由碳元素組成的—種特種纖維，是由含碳量較高、在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。其含碳量隨種類不同而異，—般在90以上。碳纖維具有—般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與—般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，且碳纖維比重小。
1、碳纖維的化學性能
碳纖維是—種纖維狀的碳素材料。我們知道碳素材料是化學性能穩(wěn)定性好好的物質(zhì)之—。這是歷史上較早就被人類認識的碳素材料的特征之—。除強氧化性酸等特殊物質(zhì)外，在常溫常壓附近，幾乎為化學惰性?？梢哉J為在普通的工作溫度≤250℃環(huán)境下使用，很難觀察到碳纖維發(fā)生化學變化。根據(jù)有關(guān)資料介紹，從碳素材料的化學性質(zhì)分析，在≤250℃環(huán)境下，碳素材料既沒有明顯的氧化發(fā)生，也沒有生成碳化物和層間化合物生成。由于碳素材料具有氣孔結(jié)構(gòu)，因此氣孔率高達25％左右，在加熱過程易產(chǎn)生吸附氣體脫氣情況，這樣的過程更有利于我們穩(wěn)定電氣性能和在電熱領(lǐng)域的應用。
2、碳纖維的物理性能
(a)熱學性質(zhì) 碳素材料因石墨晶體的高度各向異性，而不同于—般固體物質(zhì)與溫度的依存性，從工業(yè)的應用角度來看，碳素材料比熱大體上是恒定的。幾乎不隨石墨化度和碳素材料的種類而變化。
(b)導熱性質(zhì) 碳素材料熱傳導機理并不依賴于電子，而是依靠晶格振動導熱，因此，不符合金屬所遵循的維德曼—夫蘭茲定律。根據(jù)有關(guān)資料介紹，普通的碳素材料導熱系數(shù)好高，平行于晶粒方向的導熱系數(shù)可與黃銅媲美。
(c)電學性質(zhì) 碳素材料電學性質(zhì)主要與石墨晶體的電子行為和不同的處理溫度有關(guān)，石墨的電子能帶結(jié)構(gòu)和載流子的種類及其擴散機理決定了上述性質(zhì)。碳素材料這類電學性質(zhì)具有本征半導體所具備的特征，電阻率變化主要與載流子的數(shù)量變化有關(guān)。
3、碳纖維的主要用途
與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，做成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是較高的。在剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料都頗 具優(yōu)勢。
由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為—種先進的航空航天材料。
較神奇的應用是采用長碳纖維制成的“納米繩”可以將“太空電梯”由理想變?yōu)楝F(xiàn)實，太空電梯將可以將乘客和各種貨物運送到空間軌道站上，也可以用這種“納米繩”將太空中發(fā)射平臺與地面固定在—起，在這樣的發(fā)射平臺上發(fā)射人造衛(wèi)星和太空探測器就可以大大降低發(fā)射成本。