
碳化纖維,[材] 碳素纖維
The wings are made of a polythene film stretched over a carbon fiber frame.
機翼是由鋪在碳纖維框架上的聚乙烯薄膜制成的。
Make more of the parts out of carbon fiber.
使用更多的碳素纖維零件。
The body is fiberglass and carbon fiber.
車身材料為玻璃纖維和碳纖維。
The car made up of plastic and carbon fiber body parts.
車身是由塑料和碳素纖維制成。
From steel and aluminum to exotic alloys and carbon fiber.
從鐵和鋁到合金和碳纖維。
碳纖維(Carbon Fiber)是一種高性能材料,由含碳量超過90%的有機纖維(如聚丙烯腈、瀝青或粘膠纖維)經高溫碳化和石墨化處理制成。其核心結構是由石墨微晶沿纖維軸向排列而成的纖細絲狀物,直徑約5-10微米,兼具輕質、高強度、高模量、耐腐蝕等特性。
物理性能
碳纖維的密度僅為1.7-2.0 g/cm³(約為鋼的1/4),拉伸強度可達3-7 GPa,彈性模量約200-900 GPa。其強度源于石墨晶體層内碳原子的sp²雜化鍵合,形成高度定向的六邊形網狀結構。這種結構賦予材料極高的軸向承載能力,同時保持極低重量。
化學穩定性
在惰性環境中可耐受2000℃以上高溫,且對酸、堿及有機溶劑具有優異耐腐蝕性。其化學惰性主要歸因于碳原子的穩定共價鍵結構,僅在高氧化條件下(如濃硝酸)可能發生表面氧化。
原絲制備
聚丙烯腈(PAN)原絲經預氧化(200-300℃空氣中環化)形成梯形聚合物,再在惰性氣氛中經1000-1500℃碳化去除非碳元素,最終于2500-3000℃石墨化提升結晶度。該工藝控制微晶取向是獲得高模量纖維的核心。
表面處理
通過電化學氧化或等離子體處理在纖維表面引入羧基、羟基等活性基團,增強與樹脂基體的界面結合力,提升複合材料層間剪切強度30%-50%。
航空航天領域
波音787夢幻客機機身50%采用碳纖維複合材料(如IM7/977-3體系),減重20%并提升燃油效率15%。歐洲空客A350XWB的中央翼盒由東麗T1100碳纖維制造,實現結構件最高載荷比。
新能源與交通
寶馬i3電動車底盤使用SGL碳纖維增強塑料(CFRP),使白車身減重130kg。特斯拉Cybertruck外闆采用3mm厚碳纖維-金屬層壓闆,抗沖擊性能提升300%。
醫療與體育器材
美國FDA認證的Zimmer-Biomet碳纖維骨科固定闆,彈性模量接近人骨(~120GPa),有效降低應力屏蔽效應。國際自行車聯盟(UCI)賽事中90%的競賽用車架采用東麗T800級碳纖維預浸料。
權威參考來源
碳纖維(Carbon Fiber)是一種由碳元素構成的高性能無機纖維材料,具有獨特的物理和化學性質。以下是詳細解釋:
碳纖維含碳量通常在90%以上,部分高純度類型(如石墨纖維)含碳量可達99%以上。它由聚丙烯腈(PAN)、瀝青或粘膠等有機纖維經高溫碳化處理制成,形成以碳為主鍊的微晶石墨結構。
碳纖維的微觀結構為亂層石墨排列,孔隙率影響其力學性能。其制造需經過氧化、碳化、石墨化等多道工序,工藝複雜度較高。
如需進一步了解具體案例或技術細節,可參考相關行業報告或學術文獻。
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