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什么是碳纤维(碳纤维材料初学者指南)

什么是碳纤维(碳纤维材料初学者指南)

碳纤维,顾名思义,就是碳纤维。但是,这些纤维只是一个基础。通常所说的碳纤维是一种由非常细的碳原子丝组成的材料。当通过热、压力或在真空中与塑料聚合物树脂结合在一起时,会形成既坚固又轻便的复合材料。

就像布、海狸水坝或藤椅一样,碳纤维的强度在于编织。编织越复杂,复合材料就越耐用。想象一个金属丝网以一定角度与另一个丝网交织在一起,而另一个丝网以稍微不同的角度交织在一起,以此类推,每个丝网中的每根丝网都由碳纤维线制成,这很有帮助。现在想象一下这个筛网被液体塑料浸透,然后加压或加热,直到材料融合在一起。编织的角度以及与纤维一起使用的树脂将决定整个复合材料的强度。树脂最常见的是环氧树脂,但也可以是热塑性塑料、聚氨酯、乙烯基酯或聚酯。

或者,可以铸造模具并将碳纤维施加在其上。然后让碳纤维复合材料固化,通常是通过真空工艺。在这种方法中,模具用于实现所需的形状。此技术适用于按需需要的简单表单。

碳纤维材料具有广泛的应用,因为它可以以各种密度形成无限的形状和尺寸。碳纤维通常成型为管材、织物和布料,并且可以定制成型为任意数量的复合部件和部件。

碳纤维的常见用途

  • 高端汽车零部件
  • 自行车架
  • 钓鱼竿
  • 鞋底
  • 棒球棒
  • 笔记本电脑和 iPhone 的保护套

更多奇特用途可以在以下位置找到:

  • 航空航天工业
  • 石油和天然气工业
  • 无人机
  • 卫星
  • 一级方程式赛车

不过,有些人会争辩说,碳纤维的可能性仅受需求和制造商想象力的限制。现在,甚至可以在以下位置找到碳纤维:

  • 乐器
  • 家具
  • 艺术
  • 建筑物的结构元素
  • 桥梁
  • 风力涡轮机叶片

如果说碳纤维有什么缺点的话,那就是生产成本。碳纤维不易大量生产,因此非常昂贵。一辆碳纤维自行车很容易就能跑到几千美元,而它在汽车中的使用仍然仅限于异国情调的赛车。碳纤维在这些物品中很受欢迎,其他的则是由于它的重量强度比和耐燃性,以至于有一个看起来像碳纤维的合成材料的市场。然而,仿制品通常只是部分碳纤维或只是塑料制成看起来像碳纤维。这经常发生在计算机和其他小型消费电子产品的售后市场保护壳中。

好处是碳纤维零件和产品,如果没有损坏,几乎可以永远持续下去。这使它们成为消费者的一项良好投资,并保持产品流通。例如,如果消费者不愿意为一套全新的碳纤维高尔夫球杆买单,那么这些球杆就有可能在二手市场上出现。

碳纤维经常与玻璃纤维混淆,虽然在制造方面有相似之处,在家具和汽车模具等最终产品中也有一些交叉,但它们是不同的。玻璃纤维是一种聚合物,由二氧化硅玻璃编织线而非碳纤维增强。碳纤维复合材料更坚固,而玻璃纤维具有更大的柔韧性。而且,两者都具有不同的化学成分,使它们更适合不同的应用。

回收碳纤维非常困难。完全回收的唯一可用方法是称为热解聚的过程,其中碳纤维产品在无氧室中过热。然后可以固定并重新使用释放的碳,并且使用的任何粘合或增强材料(环氧树脂,乙烯基等)都被烧掉。碳纤维也可以在较低温度下手动分解,但由于纤维缩短,所得材料会变弱,因此可能不会用于其最理想的应用。例如,一大块不再使用的管子可能会被拆分,剩下的部分则用于计算机外壳、公文包或家具。

碳纤维是一种用于复合材料的非常有用的材料,它将继续扩大制造市场份额。随着更多经济地生产碳纤维复合材料的方法被开发出来,价格将继续下降,更多的行业将利用这种独特的材料。

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