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1. Prefazione
La fibra di carbonio si riferisce alla fibra ad alta resistenza e ad alto modulo con un contenuto di carbonio superiore al 90%. La resistenza alle alte temperature è la prima tra tutte le fibre chimiche. È realizzato in fibra acrilica e viscosa come materia prima e ossidato e carbonizzato dalle alte temperature.
Caratteristiche del materiale: la fibra di carbonio è composta principalmente da elementi di carbonio, con resistenza alle alte temperature, anti-attrito, conduttività elettrica, conduttività termica e resistenza alla corrosione, ecc. Ha una forma fibrosa, morbida e può essere trasformata in vari tessuti, e presenta elevata resistenza e modulo lungo l'asse della fibra grazie alla sua struttura microcristallina di grafite lungo l'asse della fibra con orientamento di merito. La bassa densità delle fibre di carbonio si traduce in elevata resistenza specifica e modulo. L'uso principale della fibra di carbonio è come materiale di rinforzo composto da resine, metalli, ceramica e carbonio per realizzare materiali compositi avanzati.
I compositi in resina epossidica rinforzati con fibra di carbonio hanno la resistenza specifica e il modulo più elevati tra i materiali tecnici esistenti.
2. Prestazioni
(1) Proprietà meccaniche
I compositi in fibra di carbonio hanno elevata resistenza alla trazione, alto modulo, bassa densità, elevata resistenza specifica e alto modulo specifico. Rispetto ai tradizionali materiali metallici, i compositi in fibra di carbonio sono leggeri in massa, elevati in resistenza e tenacità e presentano evidenti vantaggi. Rispetto ai compositi in fibra a base di silice, che sono anche nuovi materiali, la resistenza alla trazione delle fibre a base di carbonio è circa 3-7 volte superiore. Il modulo di elasticità della fibra a matrice di carbonio è superiore a quello della fibra a matrice di silicio, quindi la deformazione del composito in fibra di carbonio è inferiore sotto lo stesso carico esterno e la rigidità delle sue parti è superiore a quella delle parti composite in fibra a matrice di silicio. L'allungamento a rottura della fibra di carbonio ad alto modulo è di circa lo 0,5%, quello della fibra di carbonio ad alta resistenza è di circa l'1%, quello della fibra a base di silice è di circa il 2,6% e quello della resina epossidica è di circa l'1,7%, quindi la resistenza di la fibra nei compositi in fibra di carbonio può essere pienamente esercitata.
A causa della fragilità della fibra di carbonio e delle scarse prestazioni all'impatto, la modalità di danno da trazione dei compositi in fibra di carbonio appartiene al danno fragile, ovvero non vi è alcuna deformazione plastica evidente prima del distacco e la curva sforzo-deformazione è diritta, che è simile alla fibra di vetro, salvo che il modulo è più elevato e l'allungamento a rottura è inferiore a quello della fibra di vetro. I compositi in fibra di carbonio hanno una buona resistenza alle alte e alle basse temperature. Nell'isolamento dell'aria (protezione da gas inerte), 2000 ° C hanno ancora forza e l'azoto liquido non si rompe fragile.
(2) Resistenza alla corrosione
I compositi in fibra di carbonio possono essere ossidati da forti agenti ossidanti come acido nitrico concentrato, acido ipocloroso e dicromato, ma l'effetto degli acidi e delle basi generali su di essi è molto piccolo, quindi hanno una migliore resistenza alla corrosione rispetto ai compositi in fibra a base di silicio. I compositi in fibra di carbonio non reagiscono con l'idrolisi nell'aria umida come i compositi in fibra a base di silicio e hanno una buona resistenza all'acqua e all'umidità e all'invecchiamento termico. Inoltre, ha anche le caratteristiche di resistenza all'olio, resistenza alle radiazioni e decelerazione nel movimento delle parole.
3. Applicazione di compositi in fibra di carbonio
Con le loro eccellenti prestazioni, i materiali compositi in fibra di carbonio sono stati ampiamente utilizzati in vari campi, principalmente nel settore aerospaziale, automobilistico, nell'ingegneria del rinforzo strutturale, nello sviluppo di nuove energie, nei prodotti per il tempo libero, ecc.
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