碳纤维树脂复合材料可以制作宇宙飞行器的外层材料,人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构架。在机械工业中,碳纤维树脂复合材料用作承载零件(如连杆)和耐磨零件(如活塞、密封圈)以及像齿轮、轴承等承载耐磨零件。它还用作有抗腐蚀要求的化工机械零件,如容器、管道、泵等。
碳纤维工程塑料具备了代替金属的优能,且质轻高韧,易于加工,其应用范围几乎涉及国民经济的各个领域。
1.汽车工业 碳纤维增强复合材料广泛应用于汽车工业,这主要是材料的耐油性、耐磨性和抗蠕变性,代替传统的金属材料时具有重量轻的优势。
2.航空航天 新材料比传统的铝材轻19%,这对提高速度、节省燃料极其有利。具有良好的经济性和长效性。目前,公司正在用其制造民用飞机的机舱。
3.文体用品 应用在网球拍和高尔夫球棒,也可用其制造头盔、汽车防撞杠和机器人手臂等。
碳纤维增强塑料的特性:
(1)强度高,弹性好:碳纤维的比强度(即抗拉强度与密度的比值)是钢的6倍,是铝的17倍;比模量(即杨氏模量与密度的比值,是物体弹性好坏的一个标志)是钢或铝的3倍以上。比强度高,就能承受较大的工作负荷,其大工作压力可用到350公斤/厘米2。此外,它的压缩率和回弹性均比纯F-4及其编织物要大。
(2)耐疲劳和耐磨性好:它的耐疲劳特性,比高得多,也比金属材料高;石墨纤维具有自润滑性,摩擦系数很小,其磨损量比一般制品或F-4编织物小5~10倍。
(3)导热和耐热性能好:碳纤维增强塑料导热性好,摩擦产生的热量容易散发出去,内部不易过热和蓄热,可以作为动密封材料。在空气中,它可以在-120~350℃的温度范围内稳定工作。随着碳纤维中碱金属含量的减少,使用温度还有可能进一步提高;在惰性气体中,它适应温度可达到2000℃左右,而且能经受冷热的急剧变化。
(4)耐振动性好:不易发生共振或颤振,也是减振消音的优良材料。
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碳纤维增强塑料:
碳纤维增强塑料的基体,可用热塑性树脂,也可用热固性树脂。为了有效地利用CFRP的比刚度,多用热固性树脂作基体,其中常用的是;在考虑耐热稳定性和耐烧蚀的要求时,多用树脂和聚酰亚胺等热固性树脂,树脂浇铸物的挠曲模量愈高,CFRP的挠曲强度也愈好。
树脂很早就作为电气绝缘材料使用。由于是脱水缩合型,固化时必须高温高压,因此加工麻烦,应用受限。但树脂在高温热解时形成碳化产物,能和碳纤维一起形成良好的耐烧蚀材料。
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