常用T300碳纤维的抗拉强度能够达到3500MP3，是刚的数倍，也要优于多数结构材料，同时还具备一些金属材料所没有的弯曲强度以及剪切强度，碳纤维材料的比强度和比衡量综合能标在现有结构材料中是z高的，是钢材，铝合金、镁合金的理想替代材料。
碳纤维与金属材料z大的不同在于，一般选定一种金属材料其强度z给定的，碳纤维是一种各向异性的结构材料，平行于纤维方向与垂直纤维方向性能不同，所以碳纤维材料能够通过的铺层设计，尽可能的发挥出性能的优势。例如常见的碳纤维板，不同的铺层角度所带来的性能也是不同的。
碳纤维复合材料拥有高比强度和比模星,碳纤维复合材料的比强度和比模量是杉木的4倍和3倍,梧桐木的3.4倍和4.4倍、钢材的7倍和3倍,参数使其壳制作强而刚的各种制品。碳纤维结构十分稳定,在经过一系列的疲劳试验后,其强度的保留率还能够保持60% ,而钢材为40% ,铝合金为30% ,这样就使得体育器材的使用寿命更长。不仅力学性能优良,其减重效果也十分明显,密度仅有1.7g/cm3。
碳纤维复合材料的热膨胀系数小,在室温条件下为负值, 200-400°C为零,低于1000°C时也是微乎其微,能够保证尺寸的稳定性。碳纤维复合材料兼具纺织纤维的柔软性和可加工性,其设计自由度大,碳纤维显著的一一个特点就是具有各向异性,通过改变纤维的铺叠方向和方式,能够增强在某一方向的受力。
充分利用碳纤维复合材料的性能优势,可以提升诸多体育项目的成绩。现在许多体育器材都运用到了碳纤维,像撑竿,碳纤维撑竿能够有效减轻重量、柔韧结实。在1972年美国就采用了碳纤维复合材料制作高尔夫球杆,碳纤维复合材料具有高阻尼的特性,可使击球时间延长,球击的更远。还有上的平衡杆、自行车配件都采用到了碳纤维复合材料。
铝合金是在纯铝中加入各种合金元素制成的,和钢材相比更加轻便,已经使用于航天、汽车、机械、船舶等多个领域。碳纤维是将聚基纤维在高温下预氧化、碳化得到的,不仅重量轻,还由强度高、耐高温、耐摩擦等优点,在民用工业和工业中均有广泛的应用。者两种材料相比,哪种更优越呢?
先来看一下铝合金,它的密度只有2.5~2.88g/cm^3 ,约为钢( 7.85g/cm^3)的三分之- - , 相对刚度大,达到8.5 ,而钢材为1。质量相同的构件,采用铝合金代替钢,能得到更大的刚度。铝合金的抗拉强度比钢材略逊-筹,约160~400MPa ,不过经过适当的热处理后,可达到
700MPa,与低合金钢强度相当。
再来看一下碳纤维材料,它的密度比铝还轻,只有1.7g/cm^3 ,抗拉强度3000MPa ,是钢的四倍以上,弹性模量为230GPa ,热膨胀系数-
1.4~+1.7x10-6.抗震,, X射线的透过率高,由于它是一种各项异性材料,平行于纤维和垂直于纤维方向的性能不同,所以可设计性强，选择不同的铺层的方式可改变产品的性能,适用于多种领域。
PAN基碳纤维具有高比强度、高比模量,它的耐高温、耐腐蚀性能良好,导电导热性好,是国际技术领域不可缺少的原料,被广泛应用于航空航天、军事、体育用品、等领域。 目前国际碳纤维已经发展到了T1000级别,由于技术垄断限制,我国T800碳纤维还尚处于实验室研制阶段。
我们就拿日本东丽公司生产的PAN基碳纤维为例,牌号为T300-3K、M40J-6K ，-般可简称为T300和M40J。经过科学的仪器检测, M40J的强度和模量比T300高约25%和60%。而断裂应变比T300低20% ,密度稍高于T300。M40J碳纤维的含碳量比T300的高,而含氮量低于T300碳纤维，
它的表面活性基团比T300碳纤维低,且有大量的长而浅的沟槽,而T300碳纤维虽然也有大量沟槽,但是相对来说短而深。
通过电子显微镜我们可以发现,两种碳纤维的断面形状都较规整,晶粒细密均匀,无裂纹、孔洞, T300近圆,而M40J部分呈现出形, T300有明显的皮芯结构,而M40J径向结构比较均匀,皮芯结构不明显,这是M40J此T300力学性能高的原因之一。
M40J和T300碳纤维的表面官能团主要为羟基、羰基 ,但是这两种碳纤维表面成分也有差异,它们的活性碳原子比例分别是0.540和0.204。M40J的表面活性比T300低,这是影响碳纤维复合材料宏观性能的原因之一。
从化学成分来看, M40J碳纤维含碳量在99.12% , T300的含碳量在93.68%左右,前者含氮量在0.074% ,后者含氮量约5.964%。此外都含有少的氢和氧。可以推断出M40J的终热处理温度比较高,大于2000°C ,微观结构比较稳定,有利于碳/碳材料复合过程中纤维强度的保持率和利用率。
以上信息由专业从事匹克球拍加工厂商的星河运动于2024/5/10 6:55:31发布
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