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復合材料以碳纖維增強的樹脂基復合材料為數量上的主體。碳纖維是一種力學性能優異的新材料,它的密度僅為鋼的1/4、鋁合金的1/2,但強度卻比鋼高4倍、比鋁高6~7倍。航天的重量每減少1公斤,就可使運載火箭減輕500公斤,因此,碳纖維復合材料的這種低密度、高強度的優異性能,使其在航天航空等高科技領域占有重要地位。
不僅如此,碳纖維復合材料還因其比強度、比模量高的特點,越來越應用到體育用品行業。傳統的體育用品大多采用木材及其復合材料制品。但是,碳纖維增強復合材料的力學性能比木材高得多,它的比強度和比模量分別是杉木的4倍和3倍,是梧桐木的3.4倍和4.4倍。因此,它在體育用品方面得到了廣泛的應用,其用量幾乎占全世界碳纖維總消耗量的40%左右。
1、網球拍
復合材料制成的網球拍,輕而堅,剛性大,應變小,可降低球與球拍接觸時的偏離度;同時,碳纖維復合材料的阻尼性好,可延長腸線與球的接觸時間,使網球獲得較大的加速度。例如,木制球拍的接觸時間為4.33毫秒,鋼制品為4.09毫秒,碳纖維復合材料為4.66毫秒,相對應的球的初速度則分別為149.6千米/時、138千米/時和157.4千米/時。這種網球拍已有商品供應市場銷售。
2、羽毛球拍
碳纖維增強復合材料剛成的羽毛球拍其特點是重量輕、剛性大、避免了木制品因其剛性不足而造成的斷把現象,同時它還具有與上述網球拍一樣的優點。
碳纖維制品的性能優勢:
碳纖維是一種纖維結構材料,但是其力學性能卻要優于多數結構材料,以常用T300碳纖維為例。其抗拉強度能夠達到3500MPa ,是鋼的數
倍。碳纖維材料的比強度和比模綜合指標要優于現有結構材料,還具備部分金屬材料所沒有的剪切強度以及彎曲強度。
碳纖維與金屬材料不同在于,碳纖維是一種非金屬材料,電化學活性較低,具有的耐腐蝕和抗老化性能,能夠適應多種工作環境。碳纖維在實際應用過程中多與樹脂等基體材料融合,構成碳纖維復合材料使用,普通樹脂的工作溫度-般在150°C ,所以碳纖維制品的工作溫度也維持這個數值,現在將碳纖維與PEEK、PPS、 PI融合,構成熱塑性碳纖維復合材料,能夠適應高溫工作環境。
碳纖維復合材料的耐老化性能:
溫度的升高會引起碳纖維復合材料內部組分發生軟化、分解、甚至燃燒等一系列變化 ,期學性能會發生變化,國內外對碳纖維復合材料片材在溫度循環和老化作用下的力學性能進行了研究, - 般環氧樹脂的玻璃化溫度為130~ 140°C左右,在地球氣候條件下,性能的變化不大,但在加速老化實驗評估中需要考慮溫度變化對性能的影響。
碳纖維復合材料在酸、堿、鹽及等化學介質的腐蝕作用下其性能會下降,表面和界面是相對薄弱的部位,易于與化學介質發生作用,化學介質通常沿表面-界面-內部的方向滲透及擴散,腐蝕后的產物析出、流失使復合材料內外表面形貌發生變化。由于碳纖維耐熱性高、化學穩定性好,所以在復合材料腐蝕與防護方面,提高基體的耐腐蝕性至關重要。