你真的知道碳纖維嗎？

2022-11-22 來(lái)源：高分子物理學(xué)公眾號(hào)

什么是碳纖維？

二十世紀(jì)四、五十年代，美國(guó)人首次通過(guò)牽引人造絲的方法，制備得到了碳纖維符合材料。

碳纖維是由含碳量高、且在熱處理中不熔融的人造化學(xué)纖維經(jīng)過(guò)化學(xué)、物理處理后制備而得，具有耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐酸堿等性能，較之一般碳素材料，有顯著的各向異性、軟軟、可加工成各種織物。由于碳纖維的可編制性及其在強(qiáng)度、剛度、重量、疲勞特性等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，常被應(yīng)用，與樹脂、金屬、陶瓷等基體符合，制備成高端結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合

碳纖維的應(yīng)用

在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料由于耐高溫、抗拉伸、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、比模量高、受外界溫度濕度影響小等力

學(xué)特性而被廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。主要應(yīng)用有衛(wèi)星外殼、火箭整流罩、無(wú)人機(jī)外結(jié)構(gòu)、精密設(shè)備

支撐結(jié)構(gòu)件以及大型結(jié)構(gòu)桁架、太陽(yáng)能電池機(jī)架等

在汽車外殼領(lǐng)域的應(yīng)用

? 碳纖維復(fù)合材料具備密度小、比強(qiáng)度高、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，近些年，在車輛工程中得到了越來(lái)越多應(yīng)用。

碳纖維應(yīng)用到汽車領(lǐng)域的好處有輕量化；安全性；舒適性；可靠性；提升車身開發(fā)水平。這些好處都是利用了碳纖維結(jié)構(gòu)，而產(chǎn)生的特性如：具有更高的震動(dòng)阻尼，這可以大幅度提升汽車行駛的舒適性，具有更高的疲勞強(qiáng)度，這樣使得汽車使用壽命大大增長(zhǎng)?？稍O(shè)計(jì)性比金屬?gòu)?qiáng)，因此更易于車身開發(fā)的平臺(tái)化，模塊化，集成化等。

在高壓容器的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料的獨(dú)特性能使得它在耐高壓領(lǐng)域也得到很多應(yīng)用，成為壓力容器的組成材料之一，

它具有如下優(yōu)勢(shì)：

碳纖維復(fù)合材料由于其密度低質(zhì)量輕，較高的比強(qiáng)度和比剛度，使得容器可以在不增加壁厚的情況下達(dá)到抗高壓的效果，提高儲(chǔ)存氣體密度，目前已廣泛應(yīng)用于各種高壓存儲(chǔ)容器，并收到了顯著應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值

碳纖維生產(chǎn)方式

隨著各行業(yè)對(duì)材料輕量化和卓越性能的追求，碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，目前還沒(méi)有大批量應(yīng)用的原因主要是成本和生產(chǎn)效率的問(wèn)題。而成本主要是材料成本和批量化成型加工成本，如何高速、高效大批量生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的碳纖維復(fù)合材料，減少材料浪費(fèi)，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)。

1.車削加工

車削是在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP )加工中應(yīng)用最多的方法也是最基礎(chǔ)的方法，通常適用于圓柱表面預(yù)定公差的實(shí)現(xiàn)。適合車削可以應(yīng)用的刀具主要材料為:硬質(zhì)合金或陶瓷以及聚晶金剛石。加工工藝中進(jìn)刀速率，所切深度，和切削的速度都會(huì)影響工件成品表面質(zhì)量和道具損壞程度，這也是進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化的目標(biāo)方向。

2.銑削加工

銑削通常是對(duì)成品工件再加工的一種加工方式，要求的加工精度較高，對(duì)復(fù)雜工件粗加工后的修繕性的銑削過(guò)程。在加工過(guò)程中，同樣端銑刀和CFRP 之間要進(jìn)行復(fù)雜的相互作用，造成 CFRP 工件存在沒(méi)切斷的纖維紗線以及分層現(xiàn)象。為減少和避免類似缺陷產(chǎn)生，只要在加工前期，科學(xué)預(yù)測(cè)切削力和軸分層和未切斷的纖維紗線毛邊的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生的大小，控制加工工藝參數(shù)設(shè)置，將有效減少了毛刺毛邊的產(chǎn)生。

還有超聲振動(dòng)加工技術(shù)，轉(zhuǎn)孔加工等多種方法。