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碳纤维管的高强度性能从何而来?

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碳纤维管以密度低于铝、强度远高于钢而闻名,已成为工业轻量化发展的新选择。碳纤维管有多坚固?这种高强度的来源是什么?小编带你去了解知识。

碳纤维管的高强度性能从何而来?

碳纤维管有多坚固?

碳纤维管是由碳纤维复合材料制成的,碳纤维复合材料的高强度来源于碳纤维本身。数据显示,碳纤维的拉伸强度约为2~7GPa,拉伸模量约为200~700GPa,密度约为1.5~2g/cm3。经计算,碳纤维的比强度是金属铁的20倍。


但是碳纤维不能单独使用,所以最常用的是环氧树脂碳纤维复合材料作为中间材料。其拉伸强度超过3500MPa,是钢的7~9倍,拉伸弹性模量约为230~430GPa,也远高于钢。经计算,碳纤维复合材料的比强度在2000兆帕以上,而钢材的比强度只有59兆帕左右,差异非常明显。


碳纤维管高强度的由来是什么?

通过观察碳纤维材料的微观结构,科学家发现现状与人造石墨相似,是一种无序的石墨结构。碳纤维层间距约为3.39~3.42a,平行层之间的碳原子排列不像石墨那样规则,层与层之间通过范德华力连接在一起。

这种结构可以看作是二维有序晶体和空洞,其中空洞的含量、大小和分布对碳纤维本身的性能有很大的影响,这就是为什么它也是碳纤维,不同等级的性能有很大的不同。

碳纤维原丝的比例和分布对碳纤维与树脂基体熔融形成的碳纤维复合材料的整体性能有很大影响。碳纤维复合材料的结构是否稳定可以使用。

结果表明,当孔隙率低于某一临界值时,孔隙率对碳纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和拉伸强度影响不大,临界值在1% ~ 4%之间。在环氧树脂和碳纤维复合材料相同的距离下,当孔隙率超过0.9%时,


整体性能已经开始大幅下降。

碳纤维管是碳纤维复合材料制成的常见产品,其强度性能取决于碳纤维稳定的物理结构,也取决于碳纤维与树脂基体的熔合程度(即孔隙率低于临界值)。此外,碳纤维管的制备工艺和经验也影响最终的性能。


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