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今天只推出碳纖維樹脂復(fù)合材料；碳纖維和陶瓷復(fù)合材料，難以充分發(fā)揮連續(xù)碳纖維的優(yōu)勢；水泥和建筑相關(guān)的可以以后再分享。
簡單分享幾個碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
1)短碳纖維增強(qiáng)PP(20%碳纖維增強(qiáng)PP)，如下圖所示，拉伸強(qiáng)度85MPa，拉伸模量9.7GPa，(純PP拉伸強(qiáng)度20MPa左右，模量1GPa；20%玻璃纖維增強(qiáng)PP，拉伸強(qiáng)度約50MPa，模量5GPa)。
2)環(huán)氧樹脂碳纖維SMC
3)連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料，60%碳纖維增強(qiáng)的PA6，拉伸強(qiáng)度1.9GPa，拉伸模量100GPa沿著纖維方向；彎曲強(qiáng)度為1GPa，彎曲模量接近100GPa。
1、碳纖維本身的強(qiáng)度
如下圖所示，碳纖維本身的抗拉強(qiáng)度從2GPa到8GPa，拉伸模量從200GPa到750GPa。但目前工業(yè)上應(yīng)用的超高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度只有2GPa，鋼的模量為210GPa。也就是說，碳纖維本身的抗拉強(qiáng)度和模量是超高強(qiáng)度鋼的1-4倍，而密度只有鋼的1/5。
2、碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度
碳纖維復(fù)合材料不僅是單向帶和機(jī)織物(連續(xù)纖維)，還有碳纖維粉、短纖維、中長纖維和長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。粉末、短纖維和中長纖維增強(qiáng)塑料均可通過注射成型加工成型。長纖維和連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通過模塑、RTM和其它工藝成型。
有一篇關(guān)于3D打印用碳纖維增強(qiáng)聚合物材料的文章，可以參考一下。
對于不同纖維長度對性能、工藝和成本的影響有一個清晰的描述。隨著纖維長度的增加，復(fù)合材料的剛度和強(qiáng)度逐漸增加，但尺寸復(fù)雜度和生產(chǎn)效率逐漸降低。(如果不明白，可以留言。)
幾個硬知識點(diǎn)
材料是各向同性的，也就是說，在理論上，拉伸和彎曲強(qiáng)度和模量是相同的。
高分子材料是各向異性的，即不同方向拉伸和彎曲的強(qiáng)度和模量會不同。尤其是纖維增強(qiáng)聚合物材料，隨著纖維長度的增加，各向異性更加明顯。
碳纖維本身有點(diǎn)各向異性，但是拉伸和彎曲強(qiáng)度在同一個數(shù)量級。(參考資料:單根碳纖維的拉伸和柔性性能，內(nèi)藤k等。).你看到的碳纖維之所以像頭發(fā)一樣柔軟，是因為它太細(xì)了(碳纖維的直徑只有頭發(fā)的1/50)。
總之，碳纖維樹脂基復(fù)合材料是目前應(yīng)用最廣泛的。連續(xù)碳纖維復(fù)合材料能充分發(fā)揮碳纖維高強(qiáng)度、高模量的優(yōu)勢，在飛機(jī)上應(yīng)用廣泛，在汽車工業(yè)中潛力最大。短/長碳纖維復(fù)合材料由于成型工藝簡單，有各向同性的傾向，在性能要求不太高的應(yīng)用中也開始發(fā)展緩慢。我喜歡連續(xù)碳纖維的拉擠工藝和碳纖維的SMC工藝。
