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碳-石墨纤维的性能
0
①化学性能 碳-石墨纤维对大多数化学试剂是惰性的，并且耐周围环境的腐蚀。 但其表面易受强氧化剂和卤素的浸蚀，特别是在高温下。层间剪切强度低曾是早期石 墨增强复合材料的一个难题。一般来说，碳和石墨能耐各种浓度和各种温度的普通 碱溶液，并耐高至沸点的大多数无机盐的水溶液的作用。碳纤维在下述试剂中浸泡， 其拉伸强度或模量没有明显的降低。50℃，50%(体积分数) 盐酸、硫酸、硝酸; 50% (质量分数) 氢氧化钠溶液; 90%(质量分数) 次磷酸及亚磷酸。20℃，冰醋 酸，90% (质量分数) 甲酸，32% (质量分数) 苯磺酸。此种纤维与大多数熔融金 属起反应。
②物理性能 由PAN制得的高性能材料的主要型号一般分为三种品级，为高模量 品级、高强度品级和A型纤维。这种碳-石墨纤维材料的物理性能极为优异，其拉伸 强度、弹性模量等性能超过金属材料。
③电性能 碳-石墨纤维的独特 性能是其相当高的导电性。可以用作 玻璃纤维片状模压料的表面层，借以 提供能导电的表面，使之能够进行静 电喷涂。产品呈纤维形状，也使它适 于作加热电阻，因为其导电率几乎与 镍铬导线相等。
④热性能 由于碳-石墨纤维的 热膨胀系数小，它们可用以生产要求 收缩率极小的制品，这使得可制备高 精度的厚壁与薄壁部件而不会产生凹 陷或翘曲。以聚合物为基体的石墨纤 维复合材料，沿纤维轴方向的导热性 相当高，而在横向则较低。如果基体 中纤维的体积含量高，那么沿纤维轴方向的导热性可与钢相当。
⑤其他性能 碳-石墨纤维具有优越的抗蠕变性，如表2-33所示。
图2-18 PAN基碳-石墨纤维
(放大1120倍的横截面呈圆形)
碳-石墨纤维复合材料具有比铝和钢更好的减振作用。这种复合材料的摩擦因数 低，并有优良的干润滑特性。这种性能，加之具有能使摩擦热消散的高导热性，使之可 用作优异的无润滑轴承，这种轴承磨耗率低。
表2-33 复合材料的抗蠕变断裂性能
|
材料 |
取向/° |
拉伸强度/MPa |
蠕变载荷/% |
蠕变断裂时间/h |
|
S玻璃纤维 |
0 |
1793 |
85 60 51 |
0.01 60 104 |
|
Kevlar49 |
0 |
1379 |
80 70 60 |
2 150 104 |
|
AS石墨纤维 HTS石墨纤维 |
0 0/90 |
1379 572 |
80 90 |
>1000 455 |
|
7075-T6型铝 |
— — |
483 483 |
96 93 |
100 350 |
表2-34列出了各种材料的摩擦因数。值得注意的是，钢对石墨-环氧树脂复合材 料的摩擦因数甚至比有润滑的钢对钢的摩擦因数还低。
表2-34 各种材料的摩擦因数
|
材料 |
μ |
材料 |
μ |
|
钢对HTS环氧复合材料 钢对UHMa环氧复合材料 钢对钢 钢对聚酰胺66 |
0.15～0.18 0.13～0.16 0.50 0.25 |
钢对聚酰胺66 (20%玻璃纤维) 钢对聚酰胺66 (20%石墨纤维) 钢对钢(有润滑) |
0.18 0.10 0.20 |
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