淺談碳纖維織物的應(yīng)用

陳曉蕾

摘 要：碳纖維具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、高模、耐腐蝕、低膨脹、抗疲勞等特性，在建筑材料、交通、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)常見(jiàn)碳纖維織物的種類(lèi)與應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：碳纖維織物；種類(lèi)；應(yīng)用

近年來(lái)，以碳纖維織物為代表的新型復(fù)合材料已經(jīng)在建筑材料、交通、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。該種材料強(qiáng)度高、質(zhì)地輕、耐腐蝕性能強(qiáng)，具有良好的應(yīng)用趨勢(shì)。

1 碳纖維織物的常見(jiàn)種類(lèi)

碳纖維織物包括碳纖維單向織物、碳纖維雙向織物、碳纖維多軸向織物三種。碳纖維單向織物可以通過(guò)機(jī)織、無(wú)緯、縫編單向織物三種織造方法織造，具有質(zhì)量輕、耐久性強(qiáng)、耐酸堿腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)；碳纖維雙向織物有包括純碳纖維織與碳纖維交織物，擁有很多優(yōu)質(zhì)的力學(xué)性能，能防止紗線(xiàn)滑動(dòng)，大大的提高了尺寸的穩(wěn)定性能；碳纖維多軸向織物不卷曲，擁有多軸向以及多層結(jié)構(gòu)的材料，而且每一層材料的質(zhì)量因?yàn)榫唧w用途的不同而不同，多軸向織物整體的材料性能較好，抗撕裂以及拉伸性能也很好，特別是沿厚度方向的經(jīng)編線(xiàn)，大大的提高了每一層間的性能，設(shè)計(jì)領(lǐng)過(guò)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整。碳纖維織物還分為斜紋和斷文織物兩種，平穩(wěn)織物強(qiáng)度高較高，較為精細(xì)，取向度高，目前大量應(yīng)用于船舶、建筑、交通以及體育器材等方面。同時(shí)碳纖維應(yīng)用技術(shù)的不斷革新和提高，其應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣闊；碳纖維多軸織物的耐腐蝕、可塑造可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，與其他結(jié)構(gòu)材料一起應(yīng)用的過(guò)程中能夠使應(yīng)用材料的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，大大降低了成本，因此碳纖維多軸織物目前被廣泛應(yīng)用于航天、體育休閑一級(jí)一般的工業(yè)領(lǐng)域中，碳纖維消費(fèi)的最大市場(chǎng)是航空航天業(yè)，占據(jù)了市場(chǎng)份額的21%。因?yàn)樘祭w維織物的這些多種優(yōu)質(zhì)性能使其在現(xiàn)代社會(huì)中多種領(lǐng)域得到了廣泛的使用。

2 碳纖維織物的應(yīng)用

碳纖維織物在汽車(chē)，多層鋼筋，保溫溫控等領(lǐng)域都投入了使用。目前有碳纖維單向織物已經(jīng)已經(jīng)成功應(yīng)用于建筑中，比如橋梁工程，帶柱工程等的修復(fù)加固等。因?yàn)樘祭w維單向織物的拉升強(qiáng)度比普通的碳素鋼板拉伸強(qiáng)度要高10倍以上，而且織物質(zhì)量輕薄，柔軟性很強(qiáng)，寬度在（20cm～100cm）之間，使得碳纖維單向織物在實(shí)際工程的應(yīng)用中比較靈活方便，而且碳纖維織物能夠大大的提高工程中橋梁板的抗彎性能。試驗(yàn)證明，在橋梁板上粘貼一層碳纖維單向織物可能會(huì)將橋梁的抗彎性能提高5%～8%，抗壓性以及靈活性等這些優(yōu)質(zhì)的特性就使得碳纖維的特征在建筑橋梁工程加固領(lǐng)域應(yīng)用會(huì)更進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用起來(lái)，比如國(guó)內(nèi)的九江大橋、國(guó)道舊橋加固等加固工程中都運(yùn)用了碳纖維織物。同時(shí)碳纖維織物在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)逐步加大應(yīng)用，碳纖維耐腐蝕性強(qiáng)的性能對(duì)于在海洋中進(jìn)行鉆井有著非常強(qiáng)大的作用，深海油田就需要碳纖維織物這種耐腐蝕性強(qiáng)，抗壓性強(qiáng)的材料。碳纖維雙向織物目前還主要應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域，主要用于抗拉、抗剪以及抗震加固。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技水平得到了顯著的提升，碳纖維在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用也更加的廣泛和成熟，目前碳纖維增強(qiáng)塑料在汽車(chē)的生產(chǎn)過(guò)程中開(kāi)始尋找新的突破口，逐步開(kāi)始對(duì)碳纖維織物進(jìn)行規(guī)?；膽?yīng)用。如若在運(yùn)輸工具上運(yùn)用碳纖維織物，則不僅能夠減輕重量，降低慣性，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，降低能耗，同時(shí)碳纖維還能夠進(jìn)行回收，在生產(chǎn)汽車(chē)的過(guò)程中，裁剪下來(lái)的多余的碳纖維還能夠作為其他的一些裝飾件或者用于汽車(chē)的剎車(chē)片，而且在交通運(yùn)輸行業(yè)，安全性能是第一位置。碳纖維在應(yīng)用的過(guò)程中，減重對(duì)于降低交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)營(yíng)成本來(lái)說(shuō)意義很大，使用壽命也可以延長(zhǎng)。碳纖維多軸織物在風(fēng)電葉片的應(yīng)用中，能夠減輕單位千瓦的質(zhì)量，使轉(zhuǎn)換效率的方向得到極大的提高，而且制作成本較低。這就真真正正的做到了環(huán)保、節(jié)能、節(jié)省。所以目前在世界上很多國(guó)家已經(jīng)廣泛使用碳纖維多軸織物，并且逐步代替其他的纖維織物。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，中國(guó)碳纖維織物應(yīng)用于工業(yè)目前仍然存在一些發(fā)展的障礙，結(jié)構(gòu)性過(guò)剩，生產(chǎn)流程流程過(guò)長(zhǎng)，控制點(diǎn)眾多，需要綜合多門(mén)學(xué)科知識(shí)，我國(guó)的人才儲(chǔ)備不夠充足，同時(shí)碳纖維織物在工藝及設(shè)備方面要求高。從供需關(guān)系方面來(lái)看，我國(guó)碳纖維織物在低端產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域有嚴(yán)重的產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題，利潤(rùn)很低，在高端的民航以及軍工領(lǐng)域需求特別高，但是相對(duì)而言?xún)r(jià)格也特別的昂貴。隨著科技的發(fā)展，我國(guó)的很多工業(yè)領(lǐng)域也在逐步發(fā)展，對(duì)于碳纖維織物的需要也快速的增長(zhǎng)，對(duì)于碳纖維織物的更深層次的研究與應(yīng)用也成為了當(dāng)前一個(gè)重要的問(wèn)題，將碳纖維織物應(yīng)用于我們的日常生活中，必然是一個(gè)大勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李龍，段躍新，李超，肇研.雙軸向經(jīng)編織物T700/BMI6421復(fù)合材料力學(xué)性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2011（06）.

[2] 陳永亮.碳纖維布在舊橋加固中的應(yīng)用—107國(guó)道沙河橋橋梁加固[J].交通世界（建養(yǎng).機(jī)械），2010（10）.

[3] 陳復(fù)明，李賢軍，王戈，程海濤.天然纖維織物雙軸向拉伸應(yīng)變場(chǎng)的測(cè)量[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010（06）.

[4] 李選，吳旭，楊斌.碳纖維紗線(xiàn)及其織物的電阻與溫度的關(guān)系[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（06）.