现今阶段，无论是从性能考虑，还是从环保出发，汽车轻量化都已成为一种必然趋势。而碳纤维复合材料是汽车轻量化的不二之选，众所周知的顶级方程式赛车车身就整体使用的是碳纤维复合材料。随着技术的发展，这种材料逐步普及，已经开始运用于普通汽车上。
一、汽车轻量化已势不可挡
减轻车重是人们一直在追求探索的。汽车变轻，一方面能提高车辆性能，另一方面更能满足节能环保的需求。如果将现在汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻40-50％，车子的提速和转向等性能显著提升。此外，当前我国机动车污染物排放量已超4,500万吨。研制轻量化汽车是实现我国低碳经济的迫切需求。数据显示，汽车每减重10%，燃油消耗可节省7%，目前钢铁材料约占车体重量的3／4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36％，二氧化碳排放量可削减17％。若减重20%-30%，每车每年CO2排放可减少0.5T，不仅减少了使用成本，更加绿色环保。
二、碳纤复合材料是必然选择
碳纤维是由化纤和石油经特殊工艺制成的纤维，除了和一般碳素材料一样具备耐高温、耐摩擦、导电、导热等特性外，它强度更高，质量轻，更耐腐蚀。它的密度不到钢的1／4，但抗拉强度却是钢的7～9 倍，抗拉弹性也高于钢，在2000℃以上的高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。而且它外形柔软，可加工成各种织物。从使用的角度看，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题，比普通金属耐用。在极端气候条件下，碳纤维的性质几乎不发生变化。使用碳纤维制造车身，可以省去高成本、繁琐的涂装工艺。难怪有人说，碳纤维几乎是目前可知的最能让汽车减重的完美材料。
碳纤维是什么材料
碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，含碳量在90%以上，以腈纶和粘胶纤维为原料，经高温氧化碳化而成，被广泛应用于汽车材料、体育用品、土木建筑等多个领域中，尤其是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略新兴材
什么是碳纤维车身
碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。
碳纤是由经环氧涂层处理和石墨压织的碳化纤维制成的。其优点是重量轻，抗张强度高，在所有密度低的人造合成手柄材料中，碳纤可能是最坚固的。碳纤也是一种高度加工的材料，因此一般也被用在高端产品上。
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。
碳纤维的用途
1、航空领域：碳纤维材料比重小，能保证强度的同时降低重量，用于航天飞行器能有效降低运载火箭的燃料消耗。
2、汽车领域：碳纤维材料能用于代替汽车中的钢材，减轻汽车整体重量，有效节约燃油。
3、风力发电领域：风力发电迅速发展，所用叶片将会越来越长，对材料强度需求越来越高，使用碳纤维材料制作能降低重量，提升强度。
4、医疗领域：碳纤维材料透光性较好，在射线相关的医疗设备中有较多应用，此外随着技术的发展，***肢技术逐渐成熟，碳纤维材料制作的价值质量轻，强度高，能让使用者更加舒适省力。
5、体育用品：日常生活中的钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车、球拍、滑雪杆等都***用的是碳纤维，这种纤维能够更好的保障物品的使用度。
碳纤维是什么
就是用碳纤维制作的车身
碳纤维
carbon fibre
含碳量高于90％的无机高分子纤维 。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，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
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈基碳纤维。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
碳纤维 由聚丙烯腈纤维、沥青纤维或粘胶维等经氧化、炭化等过程制得的含碳量为90%以上的纤维。
碳纤维是什么材料?碳纤维制作工艺要点?
碳纤维--是由有机母体纤维(例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青)***用高温分解法在1000～3000度高温的惰性气体下制成的。其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。 碳纤维还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。材料的比强度愈高,则构件自重愈小,比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景,综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能, 不少人预料,人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
碳纤维研制和应用可以追溯到1850年的碳素灯丝,此后的研究应用一直处于停滞状态,到上世纪五十年代随着工业技术的发展和军事工业的要求,碳纤维的研制和生产,相继解决了原丝的选择和高温碳化的工业生产工艺,使碳纤维应用才进入到一个新阶段。首先是在航空航天等军事领域的应用,逐步扩展到高级民用工业,而真正用于建筑工程结构加固也就只有近十多来年的历史。
碳纤维和石墨纤维一般统称为碳纤维,含碳量都在95%以上,但碳元素只有在高温高压下才能熔融,不可能直接从碳元素制取碳纤维,理论上任何有机纤维经碳化后均可制成碳纤维,实际上目前具有工业意义的原丝仅有聚丙烯腈纤维(PAN)和中间相沥青,各国生产碳纤维主要是以聚丙烯腈纤维为原料,经过高温碳化等特殊工艺加工成极细的纤维丝(直径5~10μm),提高单丝强度,使一定量纤维的表面积增大很多,更利于加强与树脂胶的结合。
过去制约碳纤维加固技术应用的因素之一是原丝和成品的价格,刚研制成功时每公斤的碳纤维原丝价在1000美元以上,当前已降至30美元以下;碳纤原丝产量最高的国家仍是日本和美国,而以碳纤布商品进入中国大陆市场的则有日本、法国、瑞士和台湾等地的产品,用进口原丝加工编织的国产碳纤布亦开始进入市场,市场竞争日趋激烈,价格正在逐渐下降。
应用:碳纤维成品在土木工程中应用主要有纤维布、纤维板、棒材、型材、短纤维等,各有不同的使用范围,而当前加固工程中用量最大和最普遍的还是碳纤维布(片),碳纤维布常用的规格是200g/m2和300g/m2,厚度分别是0.111mm和0.167mm;碳纤维复合板厚度一般为1.2~1.4mm,由3~4层碳纤布经过树脂浸渍固化而成,主要用于梁、板的加固,用纤维板加固的结构,外形规整,施工简便,但原材单价较高,国内使用尚不普及。
高性能碳纤维布的最主要指标仍是其强度、弹性模量和断裂伸长.一般抗拉强度都在3500 Mpa 以上,弹模在230000 Mpa 以上, 伸长率在1.4%以上,结构加固主要是利用碳纤维的高抗拉性能,广泛用于钢筋混凝土结构的梁、板、柱和构架的节点加固,也很适合用于古建筑物或砌体结构的维修加固,恢复和提高结构的承载能力和抗裂性能,国内外成功的应用实例已不胜枚举。1995年日本板神大地震和台湾大地震后之后,碳纤维作为耐震补强材料和技术的地位得到了进一步的发展和确定。
近年来在国内不少高等院校、科研部门、和各大设计院参与到对碳纤维的应用和研究,目前国家还没有颁布正式的设计和施工规范,在建设部确定的研究项目中,已包括有“纤维增强复合材料(FRP)用于城市桥梁的加固与修补研究”、“碳纤维材料加固混凝土结构新技术”等课题,碳纤维的应用研究已得到国家的重视。
构造: 对于受弯构件碳纤布是粘贴于受拉区,以补充钢筋的不足,粘于梁的两侧,以提高梁的抗剪能力,缠绕于混凝土柱外侧约束了混凝土的侧向变形,可以高柱的承载能力和柱的轴压比,缠绕于桁架的节点可使节点得到整体的加固。碳纤布的层数可通过计算确定,考虑到各层的共同工作系数,抗疲劳的能力和避免脆性破坏,一般建议不宜超过5层;从受力性能角度,单层优于多层,窄幅优于宽幅;必要时纵向可以搭接,搭接长度不得少于100mm,要保证碳纤维端部有可靠的锚固,除满足计算要求外,还应有必要的构造措施。
粘贴:粘结剂的性能和粘贴工艺是使被加固构件与碳纤维布共同受力的保证,要求粘结剂对被粘贴界面和碳纤布有高的粘结力和强度,抗拉、抗压、特别是粘贴抗剪强度应远高于混凝土相应的强度,粘结剂对界面和碳纤维布都要有良好的渗透性和相容性,具有抗冲击、耐疲劳、抗老化等优异性能,因此应该***用专用的粘结剂;
完善的施工工艺是加固效果的重要因素,主要的要求是:清理、修复、整平被粘贴面,被粘贴面应干燥、防潮;***用专用的工具,涂布粘度较大的粘结剂,对碳纤布经过适度的辗压,使粘结剂充分浸渍于单丝中;消除气泡,不允许出现离壳、乱丝、邹折、扭曲的现象;完善的工艺和训练有素的工人,可以做到有效的粘贴面积在99%以上,使碳纤维的性能真正得以发挥 。
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碳纤维有多硬？
对于碳纤维很多人都是比较陌生的,因为根本不知道这是什么东西,但是对于正在使用碳纤维的人来说,想要更进一步的了解它的真实情况,而且还的陌生陌生就必须首先来了解一下有关于碳纤维是什么材料?碳纤维制作工艺要点?
对于 碳纤维 很多人都是比较陌生的,因为根本不知道这是什么东西,但是对于正在使用碳纤维的人来说,想要更进一步的了解它的真实情况,而且还的陌生陌生就必须首先来了解一下有关于碳纤维是什么材料?碳纤维制作工艺要点?
?一,碳纤维材料介绍
?碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,不同种类的碳纤维其含碳量也不一样,一般在90%以上。一般碳素材料的特性是碳纤维具有的,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但不同于一般碳素材料的是,其有显著的各向异性的外形,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。
?二,碳纤维材料的特点
?1、物理结构与化学特性是前面为直径6微米的碳纤维与后面人类 头发 的比较每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成,直径大约5至8微米;
?2、在原子层面的碳纤维跟石墨很相近,是由一层层以六角型排列的碳原子所构成;
?3、一般碳纤维的密度为1750 kg/m3。
?4、导热能力高但传电能力低,碳纤维的比热容量亦比铜低;
?5、当加热的时候,碳纤维会变厚而短;
?6、虽然碳纤维的天然颜色是黑色,但可以把它染上不同的颜色。
?三,碳纤维材料的用途
?碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外,一般不单独使用,多作为增强材料加入到树脂、金属、 陶瓷 、混凝土等材料中,构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
?碳纤维制作工艺要点?
?1、杂质缺陷少化,这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施,也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说,提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。
?2、研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300到1800℃,石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的温度下操作,既要连续运行、又要提高设备的使用寿命,所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。
?3、实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质,又制约其生产成本。PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。
4、在预氧化过程中,保证均质化的前提下,尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。
以上介绍了有关于碳纤维是什么材料?碳纤维制作工艺要点?面对这样的问题,我们一般要注意的是在选择上有一定的技巧和方法。再者我们在购买时,一定要看清一些产品的防伪标志,不要被一些无良的售卖者所欺骗,引起没有必要的麻烦设计。
碳纤维是一种超硬材料，硬度比普通钢高10倍，仅次于金刚石。
碳纤维是由含碳量极高的有机聚合物纤维沿纤维束方向堆积而成。但目前公认的高硬度和超强抗剪切性，并不完全是材料特性带来的。决定性因素之一是临界间隙。当纤维间的堆素，那就是临界空隙。
纤维与纤维之间的堆砌在低于某个临界值时，之间的纤维孔隙指数会决定纤维的硬度，抗剪切力和抗拉伸力。引起材料力学性能下降的临界孔隙率是1%-4%。
孔隙体积含量在0-4%范围内时，孔隙体积含量每增加1%，层间剪切强度大约降低7%。并且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，并显著降低了层合板中层间界面的面积。当材料受力时，易沿层间破坏，这也是层间剪切强度对孔隙相对敏感的原因。
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