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《高分子 -2009437019-朱凯旋-碳纤维复合材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、高分子材料导论论文碳纤维复合材料举世瞩目的伦敦奥运会已经结束，本届奥运会上，世界顶尖运动员之间的高手对决使世界纪录频频被刷新。但在赛场纪录日益接近人体运动极限的今天，比赛成绩的提高已不仅仅只归功于运动员平时的刻苦训练，他们所采用的高科技含量的运动装备也功不可没，而高分子材料在其中的应用比以往任何时候都更加有力地推动着体育运动向着更快、更高、更强的目标前进。自行车雅典奥运会上，自行车比赛十分精彩，尤其是场地比赛，冠军之争的差别甚至只有0．001秒，除了运动员自身的素质，比赛用车的较量也成为很重要的因素。这种比赛用车的材料、设计都很特
2、别，造价一般在8万元左右，而顶级赛车的造价则高达十几万元人民币。如今，赛车的车身全部采用碳纤维复合材料，这使得整车的强度很高且质量极轻。中国国家自行车队今年雅典奥运会的比赛用车只有千克，一只手就可以拎起来。高强的材料使得选手能够骑出更快的速度。而赛车的设计也比较独特，由于碳纤维复合材料强度高，因而主体框架可以设计成很薄的流线型，前轮没有密集的辐条，取而代之的是形状扁平的五岔辐条，后轮则干脆是全封闭式，这样都可以有效地减小风阻力.1碳纤维1.1概述碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤
3、维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、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”。碳纤维属于聚合物碳，是有机纤维经固相反应转变为纤维状的无机碳化合物。碳纤维是一种新型非金属材料，它和它的复合材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能，碳纤维单独使用时主要是利用其耐热性、耐蚀性、导电性和其它性质。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树
4、脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP（即碳纤维复合材料）第8页共8页高分子材料导论论文的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。1.2发展简史碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期
5、，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。1.3碳纤维的结构、特性以及分类碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，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。其是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳
6、纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000℃以上的高温下碳化形成，且含碳量在90%以上的高性能纤维材料。碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向。用x-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构，而是属于乱层石墨结构。构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格，由层晶格组成层平面。在层平面内的碳原子以强的共价键相连，其键长为0.1421nm；在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.336~0.344nm之间；层与层之间碳原子没有规则的固定
7、位置，因而层片边缘参差不齐。处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同。层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的，键能高，反应活性低；处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子，活性比较高。1.4碳纤维主要具备以下特性:(1)密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5-2g/cm3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高,其强度比钢大4-5倍,弹性回复为100%；第8页共8页高分子材料导论论文(3)热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸
8、裂；(4)摩擦系数小,并具有润滑性；(5)导电性好,25℃时高模量碳纤维的比电阻为775Ω·cm,高强度碳纤维则为1500Ω·cm；(6)耐高温和低温性好,在3000℃非氧化气氛下不熔化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软也，不脆化；耐酸性好，对酸呈惰
