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老王漫谈┃神奇的碳纤维 ——老王漫谈新纤维之二

2020-01-10 17:02:20评论:0 来源:中国纱线网   
核心摘要:碳纤维或许是目前合成纤维里最顶级的产品了。 尽管它与芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维并称为高性能合成纤维里的三大明珠,但相比较而言,碳纤维无论从综合性能还是制造难度看,都应该排在更为前列的位置。
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▲《老王漫谈》第113期
碳纤维或许是目前合成纤维里最顶级的产品了。

尽管它与芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维并称为高性能合成纤维里的三大明珠,但相比较而言,碳纤维无论从综合性能还是制造难度看,都应该排在更为前列的位置。

那么,碳纤维究竟有哪些神奇之处呢?

一、它是目前合成纤维里最耐高温的纤维。
二、耐腐蚀性能优越。
三、它是强度超过钢,比重轻于铝,像铜一样可以导电的纤维。它的比重只有钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7-9倍!



按照现有的技术,直接用碳纤维进行纺纱还有相当大的难度,而且也不经济。人们主要利用了碳纤维的第三个优点,通过与塑料、陶瓷、金属、水泥等结合,制造先进复合材料。比如,用碳纤维增强的环氧树脂复合材料是目前世界上比强度、比模量综合指标最高的工程材料。


有了碳纤维,人类挑战极限的步伐就会迈得更大。

据说世界上最轻的自行车只有1.2公斤,车身全部采用碳纤维构造而成,其强度超过过去的任何材料,非常的轻巧,即使是女生也可以轻易地提起来。

2007年,F1大赛加拿大站,世界著名赛车手库比卡在比赛中失控,赛车以超过300公里的时速与护墙猛烈碰撞,赛车整体基本解体,但库比卡的身体竟然只受了点轻伤。这是因为用碳纤维制作的驾驶座舱起到了关键的保护作用。





与传统的钢材相比,以碳纤维为关键材料制造的飞机、轮船、舰艇、汽车,重量可以减少一半,而强度成倍提高,直接的效应是能耗大幅下降。

这还不是碳纤维价值最高的地方,它还有更多优点。

在军工方面,碳纤维最早的用途就是用于火箭喷管和鼻锥的烧灼材料。

在航天方面,由于碳纤维的低热膨胀系数,被用于卫星天线和反射镜。

在风力发电领域,碳纤维大量应用于巨大尺寸的风叶制造。

在医疗方面,中空碳纤维被用于分离血浆血清。

在核能方面,碳纤维材料被用于核反应堆中的高温过滤介质。

在电子技术方面,高导热低电阻碳纤维被用于屏蔽电磁和射频干扰。
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碳纤维是人类发明的性能最优异的新材料,不仅被广泛用于各种尖端技术领域,也逐渐走进百姓的日常生活。

钓鱼竿、登山杖、羽毛球拍、帐篷杆、手提电脑的外壳、自行车……凡是需要又轻又坚固的材料,碳纤维是当然的首选。

最后,我们来学习一下其他知识,以便更全面地了解碳纤维。

碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。

由于原料比例不同、性能不同、用途不同,碳纤维根据原丝种类主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。碳纤维根据力学性能可分为通用型和高性能型。

碳纤维最早是为了满足人们制造性能优良的灯丝应用而生的。1879年,爱迪生用油烟和焦油的混合物做成丝,再碳化做成灯丝,碳丝才在电灯上得到应用,电灯也因这项发明成为十九世纪的伟大发明。

最开始的碳纤维是用粘胶纤维碳化制作的,这种美国人发明的碳纤维被称为粘胶基碳纤维。但后来逐渐被日本人发明的更先进的PAN基碳纤维所替代。

1965年日本群马大学教授大谷杉郎成功研制了沥青基碳纤维。标志着日本成为世界碳纤维领域的领先者。

1970年日本东丽公司依靠先进的聚丙烯腈原丝技术开发生产高性能碳纤维,至今仍处于世界领先地位。

目前日本三大碳纤维生产商东丽集团、东邦集团和三菱集团三家合计产能占全球产能的70%以上。



中国的碳纤维产业从20世纪60年代后期开始研制工作。由于国外同行的严格控制与封锁,我国碳纤维产业仍然处于比较落后的水平,无论是产量和品质都与国际水平差距甚大。国内主要碳纤维企业包括中复神鹰、精工集团、光威复材以及吉林化纤等。

这样的状况,我们希望早日得以改变!
(责任编辑:老王)
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