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产品知识

碳纤维的应用,你真的了解它吗

作者:admin 时间:2019-01-14 14:28   
  大家对于碳纤维了解多少,碳纤维刚开始运用的时候,是在一百多年以前,这种材料比不锈钢还要耐腐蚀,可以说优势非常多。碳纤维的应用也变得更加广泛,比如说航天行业等,那么碳纤维还能运用在哪方面呢?
 
  下面小编就给大家介绍一下碳纤维的应用,相关内容是什么?
 
  碳纤维的应用:
 
  碳纤维材料的诞生,可以追溯到1860年。一个名叫瑟夫·斯旺的英国人,在制作灯丝时发明并获得专利,它是一种纤维状碳材料,呈黑色,质坚硬,是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温,又能像铜那样导电,具有电学、热学和力学等综合优异性能的新型材料。
 
碳纤维
 
  碳纤维“外柔内刚”,不仅具有碳材料的本质特性,又兼备纺织纤维的柔软和可加工性,是新一代高性能增强纤维。比头发丝还细几倍的碳纤维与树脂、碳、陶瓷、金属等基体,经过特殊复合成型工艺制造,即可获得性能优异的碳纤维复合材料。
 
  由于碳纤维的抗磨性能和抗拉伸性能优异,碳纤维被广泛使用于各个领域,并且碳纤维相比其它材料更为轻盈,所以对于需要减轻重量又需要强度的零部件,是非常适合的材料,比如头盔和车壳等零部件,但由于成本较高,很难大面积使用。
 
  当前,全球碳纤维核心技术被牢牢的掌握在少数发达国家手中,一方面,以美日为首的发达国家始终保持着对中国碳纤维行业严格的技术封锁;另一方面,国外碳纤维行业企业开始进入中国市场,中国本土碳纤维企业的压力倍增,虽然中国加大了对碳纤维行业的引导和扶持力度,但在较大的技术差距下,国产碳纤维的突围之路仍然坎坷。不过值得高兴的是我国在2016年2月15日突破日本管制封锁研制出高性能的碳纤维。
 
  碳纤维除了用于航空航天领域、国防军事领域和体育用品外,汽车构件、风力发电叶片、建筑加固材料、增强塑料、钻井平台等碳纤维新市场也被正在运用。此外还运用在压力容器、医疗器械、海洋开发、新能源等领域,碳纤维的其它应用包括机器部件、家用电器及与半导体相关的设备的复合材料的生产,可以用来起到加强、防静电和电磁波防护的作用。另外,在X射线仪器上碳纤维的应用可以减少人体在X 射线下的暴露。
 
  碳纤维是一种新型非金属材料。碳纤维既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。近年来,在航天、航空、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到广泛的应用。
 
碳纤维
 
  碳纤维材料的产品有四种形式:丝束、布料、预浸料坯和短纤维。布料是有碳纤维制成的织物。预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列,并将碳纤维或布料用树脂浸泡使其转化成片状。碳纤维的主要用途是与塑料、金属、陶瓷等基体复合,制成碳纤维复合材料。根据用途不同,按照不同的配比,将不同的碳纤维产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料,其加工方法有缠绕成型法、树脂转注成型法(RTM)、薄片缠绕法。碳纤维与最合适的树脂及预制工艺的结合使得碳纤维的应用更加具有吸引力。
 
  作为导弹、空间平台和运载火箭的关键材料
 
  碳纤维是现代宇航工业的物质基础,具有不可替代性。CFRP被广泛应用于导弹武器、空间平台和运载火箭等航天领域。在导弹武器应用方面,CFRP主要用于制造弹体整流罩、复合支架、仪器舱、诱饵舱和发射筒等主次承力结构部件;在空间平台应用方面,CFRP可确保结构变形小、承载力好、抗辐射、耐老化和空间环境耐受性良好,主要用于制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面板、基板、相机镜筒和抛物面天线等结构部件;在运载火箭应用方面,CFRP主要用于制造箭体整流罩、仪器舱、壳体、级间段、发动机喉衬和喷管等部件。目前,CFRP在航天器上的应用已日臻成熟,其是实现航天器轻量化、小型化和高性能化不可或缺的关键材料。
 
  作为先进舰船船体结构
 
  瑞典在船艇制造技术方面有着传统优势,其夹层复合材料技术居世界一流水平,较早便采用CFRP技术研制军用舰船。
 
  在舰船船体结构中的应用
 
  由于成本原因,虽船舶中大量使用CFRP还有待时日,但其已实际用于制造民用新概念船艇和军用舰船关键部件。
 
  在新概念船艇中的应用
 
  低噪声、安静运行是军用舰船领域的一项核心技术,是舰船(特别是潜艇)性能的关键指标。因为螺旋桨高速运转时,其桨叶片上会产生时灭的空泡,导致桨叶剥蚀,并伴有强烈的振动和噪声。CFRP叶片不仅更轻、更薄,还可改善空泡性能、降低振动和水下特性、减少燃油消耗。
 
碳纤维
 
  用于制造游艇的推进器系统
 
  此外,隐身也是评价军用舰船先进性水平的一项重要指标。提高隐身性能必须减小舰船体的雷达反射截面,并降低其光学特性。在过去,舰船上层建筑上都竖立着多根挂满各种鞭状和条状的天线桅杆,它们极大地阻碍了舰船在探测设备中的隐身能力。1995年,美军开始研究一体式桅杆系统,其将各种天线设计成平面形或球形阵列,并集成于采用能反射电波的复合材料制成的一体式桅杆系统中,可防风雨和盐雾的侵害。且更进一步的是,美军下一代作战舰艇的整个上层建筑都采用复合材料制造。
 
  作为轨道交通车辆的车体结构
 
  轻量化是减少列车运行能耗的一项关键技术。金属制造的轨道列车,虽车体强度高,但质量大、能耗高。以C20FICAS不锈钢地铁列车为例,其每千米能耗约为3.6×107 J(即10 kWh),运行15 万km约消耗540 000 GJ能量;如质量能减少30%,则可节能27,000×30%=8,100 GJ73。
 
  是新一代高速轨道列车车体选材的重点,它不仅可使轨道列车车体轻量化,还可以改进高速运行性能、降低能耗、减轻环境污染、增强安全性。当前,CFRP在轨道车辆领域的应用趋势:从车箱内饰、车内设备等非承载结构零件向车体、构架等承载构件扩展;从裙板、导流罩等零部件向顶盖、司机室、整车车体等大型结构发展;以金属与复合材料混杂结构为主,CFRP用量大幅提高。
 
碳纤维
 
  作为电动汽车的车体结构
 
  英国材料系统实验室关于材料对汽车轻量化和降低生产成本的研究表明,汽车质量每减轻10%,油耗可降低6%。现有材料中,CFRP的轻量化效果;加之,汽车设计和复合材料技术的快速发展。这些都使得CFRP在汽车制造领域的应用速度远远超出人们的预期。
 
  作为新概念货运卡车的车体结构
 
  主要技术创新:先进的空气动力学设计,整体造型优雅,气动性能较现行的Model 386型卡车提高20%;微型涡轮混合电力驱动系统清洁、高效、节油;司机座位设计于驾驶室,具有180°的视野;电子仪表盘可提供定制化的量程和性能数据 ;滑动型车门和折叠型台阶提高了安全和安保性能;空间宽敞的驾驶室设有带折叠床的可伸缩卧室。牵引挂车的整个车身采用CFRP制成,顶部和侧墙均采用16.2 m(53英尺)长的单块板材,其优异的力学性能可确保车体的结构强度;采用先进黏结剂黏合,限度地减少了铆钉数量;凸鼻形的造型设计可在充分载货容量的前提下,有效提高气动性能;低剖面LED灯光更节能、耐用。
 
  以上就是小编对于碳纤维的应用,相关内容的介绍!相信大家应该已经有所了解了,今天小编就给大家介绍这么多,如果大家有什么需要,欢迎随时来电咨询!
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