碳纖維研究進(jìn)展（碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成本趨勢(shì)）

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碳纖維因其卓越的物理性能，在航空航天、汽車(chē)和體育用品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維的生產(chǎn)成本正在逐漸降低，使得其應(yīng)用更加廣泛。盡管成本下降，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）的價(jià)格仍然高于許多其他類(lèi)型的材料。盡管如此，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的改進(jìn)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，CFRP的成本將繼續(xù)下降。

碳纖維研究進(jìn)展

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）的特性

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料領(lǐng)域。CFRP的密度僅為鋼材的1/5，鈦合金的1/3，使其比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）是高強(qiáng)度鋼、超硬鋁、鈦合金的4倍左右，玻璃鋼的2倍左右；比模量（模量/密度）是它們的3倍以上。此外，CFRP還表現(xiàn)出良好的耐疲勞特性、熱膨脹系數(shù)小、耐磨擦、抗磨損、耐蝕性、耐水性和導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)。

碳纖維的力學(xué)性能

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是以聚合物為基體（連續(xù)相），纖維為增強(qiáng)材料（分散相）組成的復(fù)合材料。纖維材料的強(qiáng)度和模量一般比基體材料高得多，使它成為主要的承載體。在應(yīng)力作用下，使纖維的應(yīng)變與基體樹(shù)脂的應(yīng)變歸于相等，但由于基體樹(shù)脂的彈性模量比纖維小得多，且易塑性屈服，因而當(dāng)纖維和基體處在相同應(yīng)變時(shí)，纖維中的應(yīng)力要比基體中的應(yīng)力大得多，致使一些有裂口的纖維先斷頭，然而由于斷頭部分受到粘著它的基體的塑性流動(dòng)的阻礙，斷纖維在稍離斷頭的未斷部分仍然與其周?chē)磾嗬w維一樣承擔(dān)相同的負(fù)荷。這種復(fù)合增強(qiáng)的另一原因是基體抑制裂紋的效應(yīng)，柔軟基體依靠切變作用使裂紋不沿垂直方向發(fā)展而發(fā)生偏斜，導(dǎo)致斷裂能有很大一部分用于抵抗基體對(duì)纖維的粘著力，從而使銀紋在CFRP整個(gè)體積內(nèi)得到一致，而使抵抗裂紋產(chǎn)生、生長(zhǎng)、斷裂以及裂紋傳播的能力都大為提高。因此，CFRP的力學(xué)性能得到很大的改善和提高。

碳纖維的表面改性

碳纖維（CF）具有低密度、耐磨損、高比強(qiáng)度和高比模量等優(yōu)異性質(zhì)，但其表面活性基團(tuán)含量少、化學(xué)惰性嚴(yán)重，導(dǎo)致纖維與樹(shù)脂基體粘接效果差而形成孔隙。因此，對(duì)CF表面進(jìn)行改性處理，提高CF表面活性，增強(qiáng)CF與樹(shù)脂基體的粘接，提高復(fù)合材料的界面性能，成為制備性能優(yōu)異的復(fù)合材料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前使用的改性處理方法有等離子體處理、接枝改性處理、氧化法處理、電化學(xué)法改性處理、上漿處理等。通過(guò)這些改性處理，可以提高復(fù)合材料的界面性能和力學(xué)性能。

碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域

碳纖維材料因其優(yōu)異的物化性能及質(zhì)輕的特點(diǎn)，被稱(chēng)為“新材料之王”。進(jìn)入21世紀(jì)，碳纖維及其復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)。碳纖維材料的性能研究顯示，其在航空航天、汽車(chē)制造、體育器材等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，活性碳纖維具有比表面積大、孔結(jié)構(gòu)豐富、容量大等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有較好的吸附性、催化性和電學(xué)性能。