碳碳复合材料的应用
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为什么碳碳复合材料硬?
为什么碳碳复合材料硬?
复合材料是许多细长的碳同素异构体组成,其结构是由一层层以六角型排列的碳原子所构成,各层之间有链接。
你可能知道木炭,石墨,钻石等,你也可能知道C60,单壁纳米碳管,这些都是碳的同素异构体。所以碳的结构不同,其组成的物质就可硬可软,碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。
复合材料的独特结构使得它确实“很硬”,这不是指硬度高,而是指它“很结实”,它的强度很高。
它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
它的比重低,纵向热膨胀系数是零或小于零,耐蚀性好,使它成为优质的新兴材料,材料的比强度愈高,则构件自重愈小,比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景,综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能,不少人预料,人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
碳毡边角余料有什么用途?
利用未固化的碳毡边角料可以制备超级电容器电极活性碳。
全球变暖和化石燃料的日益枯竭迫使人们大力发展可持续和可再生能源。目前,解决日趋短缺的能源问题,仍是人类面临的巨大挑战之一。在寻找清洁、高效和可再生能源的同时,能量存储也不容忽视。尤为需要储能系统对能量进行存储后再加以利用。近几年,超级电容器作为储能器件扮演越来越重要的角色,特别是随着信息技术、电子产品和车用能源等领域中新技术的迅速发展,人们更加关注超级电容器的研究与开发。碳/碳复合材料由于具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等多项优点,被认为是最有发展前途的高温材料之一,已广泛应用于航空航天、汽车工业、军工、医学等领域。在碳/碳复合材料的制备工艺中,会产生大量的边角尾料(即:碳毡边角料)。这些材料以碳元素为主要组成成分,如直接废弃,不仅造成极大的资源浪费,更由于碳元素的难降解性,将对已经岌岌可危的自然环境造成难以估量的污染威胁。因此,对以碳毡为主的碳素边角废料进行无害化资源再利用与开发,然后应用于能源储存领域,具有极大的经济价值和实用意义。