碳纖維方管的簡(jiǎn)要介紹和高強(qiáng)度原因分析
碳纖維方管又稱碳素纖維方管，也稱碳管，碳纖管，是采用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙烯基聚脂樹脂經(jīng)加熱固化拉擠(纏撓)而成。在制過(guò)程中，可以通過(guò)不同的模具生產(chǎn)出各種型材，如：不同規(guī)格的碳纖維圓管，不同規(guī)格的方管，不同規(guī)格的片材，以及其它型材；在制作過(guò)程中也可以包3K進(jìn)行表面包裝美化等等。而我們知道，碳纖維管的基礎(chǔ)便是碳纖維，碳纖維是含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個(gè)碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間借范德華力連接在一起。
碳纖維方管兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，是一種新的力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。碳纖維方管拉伸強(qiáng)度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa。密度約為1.5到2.0克每立方厘米，這除與原絲結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要決定于炭化處理的溫度。一般經(jīng)過(guò)高溫3000℃石墨化處理，密度可達(dá)2.0克每立方厘米。再加上它的重量很輕，它的比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，比強(qiáng)度是鐵的20倍。碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它纖維不同，它有各向異性的特點(diǎn)。碳纖維的比熱容一般為7.12。熱導(dǎo)率隨溫度升高而下降平行于纖維方向是負(fù)值(0.72到0.90)，而垂直于纖維方向是正值(32到22)。碳纖維的比電阻與纖維的類型有關(guān)，在25℃時(shí)，高模量為775，高強(qiáng)度碳纖維為每厘米1500。這使得碳纖維在所有高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)度和比模量。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維方管在物理性能上具有強(qiáng)度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，可以稱為新材料之王。
