碳纤维复合材料是什么?碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。下面小编为大家详细介绍一下什么是碳纤维复合材料。
一、碳纤维复合材料概况
在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。
二、碳纤维复合材料结构
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。
碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
碳纤维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。
三、碳纤维复合材料用途
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。
由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。
现在的F1(世界一级方程锦标赛)赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度
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。
四、碳纤维复合材料优势
1、高强度(是钢铁的5倍)
2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)
3、出色的抗热冲击性
4、低热膨胀系数(变形量小)
5、热容量小(节能)
6、比重小(钢的1/5)
7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
碳纤维复合材料的用途比较广泛，也有很多优势。相信通过上文的阅读你对这些都有所了解。更多信息请关注土巴兔学装修。
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碳包裹
碳纤维是将主要成分为碳的有机材料在惰性气体环境中加热得到的纤维丝。碳布或碳织物简称碳包布或碳纤维包布，至少含有90%的碳，是通过特殊控制的纤维热解得到的。黑碳纤维不溶于水，无味，具有非常高的耐腐蚀性，如酸、开口和材料。碳纤维增强聚合物 (CFRP) 通常由两种类型的碳包裹物（碳纤维布或碳纤维织物）制成。第一种称为单向碳包裹，碳纤维平行零度取向，第二种是双向碳包裹，其中碳纤维放置在两个方向，零和垂直于它（90 度）。碳膜用于许多领域，例如建筑改造、国防工业、汽车和许多其他重要行业。用于制作碳包覆材料的碳纤维通常通过添加环氧树脂、玻璃钢触变性环氧树脂胶等元素 来承载结构构件，提高构件的抗剪、抗弯和抗弯能力。
碳纤维包裹材料
碳纤维包裹物具有很高的耐热性，这使其被归类为非爆炸性纤维。碳纤维的机械性能，例如这些纤维的轻便性和高强度，导致它们在复合材料工业和结构的抗震改造中得到广泛使用。碳纤维和碳包裹材料最重要的优点之一，除了重量轻之外，就是这些纤维的高抗拉强度。
碳纤维是改装和复合材料行业中最常用的纤维之一。这种纤维在其他类型的纤维（玻璃纤维和凯夫拉尔纤维）中具有最大的拉伸强度。碳纤维的线性热膨胀系数在高温和低温下都很低，这导致碳纤维在不同温度下的尺寸稳定性。在碳纤维（以及随后的碳包裹）的各种优点中，最突出的是抗拉强度和重量轻（碳大约是钢重量的三分之一，是其电阻的 5 到 10 倍）。此外，碳纤维具有良好的抗疲劳性。对化学品的耐久性和长寿命以及对 X 射线的不渗透性是碳纤维最突出的特性之一。此外，碳包具有出色的导电性，CFRP及其耐热性使其有别于其他工程材料。碳纤维是密度为 2,27 g / cm3 的元素，具有不同的结晶形式。由碳纤维制成的碳纤维包裹物的直径在 6 到 10 微米之间，比人的头发丝还细。碳纤维的高价格是由于其使用寿命长，随着时间的推移对结构构件提供高抵抗力，具有成本效益和经济性。
碳纤维缠绕分类
碳纤维通常根据其单丝根数、拉伸强度、弹性模量和制造过程中热处理的最终温度进行分类。
根据细丝的数量，碳包被分为细丝少于 24,000 根的小丝束或轻丝束，以及细丝多于 24,000 根的大丝束或重丝束。
碳包布根据其纤维的机械性能分为极高弹性模量碳包布（大于 540 GPa）、高弹性模量（350-450 GPa）和中等弹性模量（250-350 GPa）碳包布. 以及高强度高弹性模量（超过540 GPa）碳纤维包裹和高强度低模量（抗拉强度大于3000 MPa，模量小于2000 GPa）碳纤维包裹和超高抗拉强度（超过5000 GPa）的cabob纤维包裹兆帕）。
碳纤维布也根据基体类型分为以丙烯酸纤维（聚丙烯腈）为基础的碳纤维布、以工业沥青为基础的碳纤维纤维布、以中间相沥青为基础的碳纤维纤维布、各向同性沥青纤维、以人造丝粘胶纤维（人造纤维）为基础的碳纤维silk) 和 carbon wrap 是基于气相的。总的来说，碳纤维包裹物可分为两类：合成碳纤维织物和沥青碳纤维包裹物。合成碳包裹物基于称为聚丙烯腈 (PAN) 的合成纤维，非常耐用（超过 3700 MPa），但这种 CFRP 的价格昂贵。从煤蒸馏中获得的沥青碳包裹物比 PAN 便宜，但阻力和弹性模量较小。
最后，根据热处理的最终温度，碳纤维分为MH纤维（热处理温度在2000摄氏度以上）、SH纤维（约1500度）和TH（低温到1000度以下强度低）。 .
碳包裹特性
轻质FRP 包裹
碳纤维的高拉伸强度
比玻璃纤维包裹物更高的弹性模量
碳纤维低膨胀系数，使纤维长度在不同温度下保持恒定
高抗腐蚀性
碳纤维的防爆性能
碳包裹抗疲劳
致密均匀的碳包覆，柔软度好
易成型，结构好
质轻、高强、高模量、防腐、导电。
重量轻、强度高
对结构的形状、重量或外观的最小改变
耐腐蚀性能
热相容性
灵活的碳包裹，符合任何形状
优异的疲劳性能
比替代方法更快的修复
不需要焊接和重型设备
准备或安装过程中的干扰和噪音最小
总成本低
碳包裹的优势
碳包布（单向和双向布）重量轻，密度仅为钢材的1/4；
碳包布（单向和双向布）强度高，1mm的布料，在不增加原结构重量和截面尺寸的情况下，起到加固作用；
碳纤维布（单向和双向布）柔韧性高，可紧密覆盖特殊形状的结构，可在狭小空间内操作；
碳纤维布（单向和双向布）的操作和应用方便快捷，不需要大型机器、工具和湿法施工；
碳纤维布（单向和双向布）适用性强，可用于混凝土、砖石、木材等各种结构的加固；
碳纤维布（单向和双向布）具有耐腐蚀、耐酸、耐碱、耐盐等多种恶劣环境；
碳碳包布（单向和双向布）无污染、无毒、无味；
碳纤维布应用
碳纤维缠绕布在各行各业有着广泛的应用。使用碳包裹的复合材料行业包括：
碳纤维和碳纤维布在建筑行业的应用
用碳纤维复合材料加固和加固结构，制造板材、片材和碳纤维复合材料，高强度混凝土的增强纤维，高强度碳纤维墙体的建造，混凝土结构中建造后张法碳纤维增强塑料结构，以及在内部的应用隧道的墙壁。碳纤维特性使CFRP 层压板成为一种独特的产品。
碳纤维及碳包布在汽车行业的应用
汽车碳油箱、碳纤维汽车防护罩、传动轴、发动机零件、减震器、车轮配件及方向盘箱、刹车片、赛车车身、车身外壳、衬套等。
碳纤维和碳包裹在航空航天工业和飞机上的应用
卫星结构部件、客机内部结构，包括碳座板、碳板和其他碳涂层、尖头超声波飞机、飞机发动机敏感部件等。
碳纤维和碳包裹在医学上的应用
碳纤维医疗器械、碳纤维轮椅、合成骨骼及各种身体部位等的制造。
碳纤维及碳包材在能源领域的应用
用于风能发电的涡轮叶片和风车的制造、燃料电池的制造等。
碳布在电气设备行业、电子和机械行业的应用。
碳膜制成的大齿轮、碳膜制成的滚轮、高速碳膜制成的齿轮、自润滑部件、碳膜制成的天线、碳膜制成的压力容器、蜂窝框架等。
碳纤维布生产
基于聚丙烯腈纤维的碳包裹（或碳粗纱）复合材料生产包括以下三个阶段：
氧化稳定阶段：在此阶段，腈纶纤维与拉伸氧化热处理共存，温度范围为200至3000°C。
碳化阶段：在氧化稳定阶段之后，纤维在中性环境中在约 1000 °C 的温度下进行几个小时的碳化热处理而不施加拉伸。
石墨化阶段：根据所考虑的碳纤维类型，以CFRP的弹性模量为标准，在3000-1500摄氏度的温度范围内应用此步骤，提高了碳晶体在轴方向的取向最终导致增强的 CFRP 机械性能的纤维。
基于其他背景生产CFRP碳纤维的过程与上述步骤类似。通过电子显微镜和 X 射线衍射进一步研究了 CFRP 的结构特性。在聚丙烯腈基碳纤维增强塑料的制造过程中，纤维的结构在氧化稳定操作和随后的碳化过程中从线性链结构转变为板状结构。
背景纤维的拉伸强度越强，复合碳纤维增强塑料的拉伸性能就越高。如果稳定化步骤得当，最终碳纤维制品的拉伸强度和弹性系数随着牵引碳化将大大提高。总的来说，CFRP 的最终强度和失效与底层纤维的类型、工艺条件、热操作温度和纤维中的结构缺陷有关。