碳纤维特点及性质

碳纤维特点及性质

　　碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，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35000MPa以上，是钢的7.9倍，抗拉弹性模量为230000MPa～430000MPa，高于钢。因此CFRP的比强度，即材料的强度与其密度之比可达到20000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为590MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，构件自重愈小；比模量愈高，构件的刚度愈大。从这个意义上已预示了碳纤维在工程上的广阔应用前景。纵观多种新兴复合材料，如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料的优异性能，众多专家预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

　　PAN碳纤维及其复合材料具有以下特征（其中括号内为碳纤维的纤维轴方向的特征）：（1）机械特性，与金属相比，密度小，质轻；模量高，高刚性；强度高；疲劳强度高；耐磨耗性、润滑性优良；振动衰减性优良；（2）耐热性、安定性，热膨胀系数小，尺寸稳定性好；具有导热性；在惰性气体中耐热性优良；（3）电传导及电磁波屏蔽性，具有导电性；具有电磁波屏蔽性；（4）X射线透过性优良；属多种导性材料，针对其目的可设计出适当的结构体。

　　2007年，日本主要碳纤维生产商东丽公司与日产汽车等企业联手开发出了使用碳纤维的尖端材料，可大幅减轻汽车主要部件，如底盘的重量。新技术可使汽车整体重量减轻1成，提高燃效性能4%～5%。另外，耐冲击性可达到原来的1.5倍。这些厂家计划3年后在市售车上应用此新技术。在全球为减排温室气体而强化燃效规定的背景下，这一新技术有望加快以钢铁为主的汽车原材料的转变。

　　底盘是汽车底部的骨架，是与发动机等同等重要的基础部件。此前，曾在将发动机的动力传导给车轮的传动轴上采用过碳纤维。如果新技术达到实用水平，则是首次在汽车主要部件上采用碳纤维。以高级乘用车为例，目前的钢铁底盘重量约达300kg，如果改用碳纤维与树脂合成的碳纤维强化塑料，则可降低到150kg左右，1.5t左右的汽车总重量由此可减轻1成。另外，在发生碰撞事故时，底盘会发生变形，从而吸收冲击力。假定在时速60km下发生碰撞事故，底盘的能量吸收量可提高到1.5倍，从而可减轻人体所受的冲击。