都說碳纖維材料性能出色,甚至可以在航天飛船上使用,那它的性能優勢到底體現在哪里呢?其實我們可以拿工業上常用的碳纖維管來說明,碳纖維管和板是使用較多的2種碳纖維制品,他們的力學特性和其他性能表現都非常不錯。
碳纖維管的力學性能指標和體現
碳纖維管的力學性能體現在重量輕、強度和模量高這3個方面。首先是重量輕方面,碳纖維管的密度約為1.7g/cm3左右,對比一下常用的2種金屬管,鋁合金管密度超過2.7g/cm3,而鋼管的密度可以達到7.8g/cm3,ABS塑料的密度在1.4g/cm3,碳纖維管的密度是向著塑料看齊的,比金屬管輕了至少一半以上。重量的下降帶來的是損耗降低,從生產能耗方面可以降低成本,同時環保性也更高一些。
其次就是強度和模量,這里的強度指抗拉強度,模量為彈性模量,我們可以看一下下面的數據。碳纖維的力學性能分為普通級和高性能級,具體性能指標如下:
1、普通級的性能:拉伸強度≥3.0Gpa;拉伸模量≥230Gpa。
2、高性能級的性能:拉伸強度≥4.0Gpa;拉伸模量≥390Gpa。
T300碳纖維材料是最為常用的一種,也是性能品級很低的一種,它的抗拉強度都可以達到3000MPa,而鋼管的強度通常只有600MPa,這么一對比,可見碳纖維管的力學性能好的不止一星半點。
碳纖維管還有哪些性能表現?
其實碳纖維管除了重量輕、強度模量高這幾點突出優勢外,還具有一些并不起眼,實則不容忽視的性能。比如耐腐蝕和抗老化性能,以及出色的耐疲勞性,這些性能能夠延長碳纖維管的使用壽命。另外碳纖維管的熱膨脹系數很小,在溫差較大的環境中也可以長時間使用,外形不會歲溫度發生變化,尺寸的精準性穩定性更好。
其實碳纖維管并非萬能,它也存在一定的缺陷,比如不能耐高溫,超過200℃的高溫就可能損壞碳纖維管的物理結構,另外碳纖維管容易被尖銳的物體刺穿,而且普通的碳纖維管耐摩擦能力較差。只有更好的了解碳纖維管的優勢和劣勢,才能在實際使用中發揮它的價值。