碳纤维材料常见误区解读
2016-10-20 16:31:28
作者:本网整理 来源:科技创新训练营
误区一 把碳纤维与碳纤维增强复合材料混为一谈
碳纤维和碳纤维增强复合材料两者的关系就像面粉与干粮,即碳纤维是原材料,但根据需求生产出高性能复合材料才是难点和关键点。
从物理构成讲:碳纤维几乎全由“碳”构成(通常在95%以上),是一种纤维状碳材料;而碳纤维增强复合材料就要增加很多元素以满足更高的使用需求,常与树脂结合。最常见的就有聚丙烯晴基纤维、黏胶丝和沥青基纤维等,特性不同、档次也不同。
误区二 提到碳纤维就认为是一种高级材质
提到碳纤维类材质,我们首先能想到的便是坚固、轻量并且价格昂贵(相比传统和材质而言),当然这并不错,因为能够应用到航空航天,F1赛车的碳纤维类类材质确实都是高端产品。只是这并不代表碳纤维类产品就没有低档货,当中良莠不齐的生产质量和制造工艺流程是区分高低端产品的关键。
事实上,碳纤维只是个广义上物质界定,按原丝类型来分,通常就有聚丙烯晴基纤维、黏胶丝和沥青基纤维等种类,而不同原料则意味着碳化得率的不同。这当中,用聚丙烯生产的碳纤维产量最多(约占市场的95%左右),它的碳化率约为50%-60%左右,属于比较高的范围,而以沥青纤维为原料,碳化率能达到80-90%,同时成本更低,也是目前积极发展的类型。此外碳纤维处理工艺从300-2000℃都有,由此产生的特性和成本也大不相同。
误区三 认为碳纤维材质与凯夫拉材质是同类
碳纤维材质
凯夫拉材质
之前已经介绍过碳纤维,它其实就是一种纤维状的碳材料;而凯夫拉纤维材质则是美国杜邦(DuPont)公司对芳纶纤维材料产品的品牌名,它的化学名称应该叫:聚对苯二甲酰对苯二胺,由于同属人造纤维类材料,并且拥有相似的工艺流程,因而在视觉感受上确实有相似之处,但其实是不同的。
就从应用来说,凯夫拉材质会用在普通防弹盔甲甚至是坦克的防弹装甲中,而不会用碳纤维材质替代,这当中的很重要的原因就是,凯夫拉材质的韧性更佳,可以利用更好的塑性变形来吸收外部冲击能量;而碳纤维则是脆性的,当外部能量超过极限值(模量)后就会发生断裂,毋庸置疑,凯夫拉的模量数值要高于碳纤维类材质。两者均为人造高强度纤维,但不能等同。
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