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一、概述
在復(fù)合材料大家族中，纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹(shù)脂復(fù)合的玻璃鋼問(wèn)世以來(lái)，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進(jìn)，使復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。下面讓我們來(lái)了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。如圖1碳纖維經(jīng)編機(jī)。
碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。
碳纖維的性能特點(diǎn)可歸納如下：
1.碳纖維的密度是鋼的7.8倍，是鋁的2.7倍；
2.碳纖維復(fù)合材料的抗疲勞和硬度優(yōu)于玻璃纖維復(fù)合材料；
3.鋁相比較，碳纖維的強(qiáng)度是鋁的7倍，且比鋁輕1.5倍。
其主要優(yōu)點(diǎn)有：
1.纖維屈曲程度較小，利于發(fā)揮纖維性能；
2.鋪覆性、工藝性好；
3.改善復(fù)合材料的沖擊性能（尤其CAI）和損傷容限；
4.制造工藝簡(jiǎn)單，成本低。
 

圖1 碳纖維經(jīng)編機(jī)
二、碳纖維的在復(fù)合材料中的應(yīng)用
碳纖維的主要用途是與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。
碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對(duì)新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時(shí)也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進(jìn)入一個(gè)高級(jí)階段。
由碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。因?yàn)楹教祜w行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭(zhēng)相采用先進(jìn)復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。據(jù)報(bào)道，美國(guó)航天飛機(jī)上3只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部件以及先進(jìn)的MX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的。

碳纖維主要運(yùn)用在以下幾個(gè)行業(yè)，如圖2：
－風(fēng)電葉片＞3.5兆瓦；
－汽車；
－造船、游艇；
－航空。
 
圖2 碳纖維應(yīng)用
2.1碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用
在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，經(jīng)編復(fù)合材料是制造風(fēng)力發(fā)電葉片及其它重要結(jié)構(gòu)部件的主要材料，葉片90%以上重量由復(fù)合材料組成。采用碳纖維NCF織物制備的復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足開(kāi)發(fā)大型化、輕量化、高性能、低成本的發(fā)電葉片的要求，如圖3所示為風(fēng)機(jī)葉片，圖4為葉片結(jié)構(gòu)。
 
圖3 采用碳纖維NCF織物制造的復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片
 
圖4 葉片結(jié)構(gòu)