碳纤维物理和化学特性分别有哪些?
碳纤维材料被誉为“黑色黄金”,不仅是因为它价格高,而且也表明了它的价值和意义的重要性。碳纤维材料的综合性能出众,其中物理性能和化学性能都有可圈可点之处,来看看有哪些性能上的优势,以及存在的不足吧。
碳纤维物理特性介绍
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、强度高,其拉伸强度可达3000~4000MPa,弹性比钢大4~5倍,比铝大6~7倍。
3、弹性模量高。
4、具有各向异性,热膨胀系数小,导热率随温度的升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。
5、导电性好,25℃时高模量纤维为775μΩ/cm,高强度纤维为1500μΩ/cm。
6、耐高温和耐低温性表现好,碳纤维可在2000℃下使用,在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在-180℃低温下,钢铁变得比玻璃脆,而碳纤维依旧很柔软,也不脆化。
7、耐冲击性较差,容易损伤,这是它的物理缺陷。
碳纤维化学特性介绍
1、耐酸性能好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为50%的盐酸、硫酸、磷酸中,200天后其弹性模量、强度和直径基本没有变化;在50%浓度的硝酸中只是稍有膨胀,其耐腐蚀性能超过黄金和铂金。此外,还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
2、在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,碳纤维在使用前须进行表面处理。
碳纤维材料的这些物理和化学特性,决定了它的应用方向和场景。不过碳纤维自身较为柔软,需要与其他材料(树脂、橡胶、陶瓷、金属等)组成形态稳固的复合材料才能使用,组合的复合材料具备的性能更加多样化,这也给碳纤维材料未来的应用带来了更多的可能。
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