碳纤维:优异性能与广泛应用背后的高成本挑战
2024-08-20 08:05:38发布 浏览110次 信息编号:83387
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碳纤维:优异性能与广泛应用背后的高成本挑战
碳纤维(CF)是由有机纤维在惰性气氛下高温碳化而成,具有强度高、比模量大、热性能优良和化学稳定性好,同时具有阻尼、减振、降噪等作用,是一种性能优良的增强材料。以碳纤维为增强体的复合材料综合了CF与基体树脂的性能优势,发展迅速,已广泛应用于航空航天、汽车轻量化、军事国防、体育、油田化工、风电叶片等领域。
碳纤维复合材料也有缺点,即在许多情况下成本过高。碳纤维的价格会因当前市场状况、碳纤维类型(航空航天级还是商用级)和纤维束大小而有很大差异。每磅碳纤维原料的成本可能是玻璃纤维的 5 到 25 倍。当将钢与 CFRP 复合材料进行比较时,这种差异甚至更大。
此外,碳纤维具有极高的导电性,根据应用的不同,这可能是碳纤维复合材料的优点或缺点。例如,在公用事业行业,许多产品都需要使用玻璃纤维。这也是为什么梯子扶手由玻璃纤维制成的原因之一,因为玻璃纤维是更好的选择。如果玻璃纤维梯子与电线接触,触电的可能性要低得多。CFRP梯子则并非如此。尽管CFRP的成本仍然很高,但制造新技术的进步不断提供更具成本效益的产品。
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在实际生产生活中,不同的高分子材料及其制品所处的环境条件是不一样的。因此,在不同的应用场景中,对所用材料的抗老化要求也是不一样的。例如:(1)有的客户需要解决材料的老化问题;(2)有的客户需要解决材料在挤出造粒、注塑等加工过程中的黄变等老化问题;(3)有的客户需要解决产品在长期高温下的老化问题;(4)有的客户需要解决产品在户外使用环境下的耐久性问题等。但不同的客户对同一种材料的抗老化要求也是不一样的,比如有的客户需要解决高温下不同时间段的热氧老化问题;有的客户需要解决户外使用条件下不同时间段的耐候性问题等等。总之,对材料抗老化的要求是千变万化的。
例如:在实际应用中,为改善和增强塑料及其制品的光稳定性,需要添加耐候性功能助剂,如紫外线吸收剂、紫外线屏蔽剂、受阻胺光稳定剂等。而实际情况是,仅使用一种助剂不能达到预期的抗老化效果,往往需要多种助剂配合使用才能达到预期的效果。然而,(1)不同的聚合物材料具有不同的结构特点,(2)实际应用环境不同,(3)抗老化助剂的作用、特点和优势也各有不同,(4)不同的助剂与材料的相容性和在材料中的迁移性不同,(5)助剂本身的加工性能、稳定性、环境友好性、成本效益不同,助剂之间的协同作用(甚至抗协同作用)不同,(6)材料配方中其他材料组分或助剂与抗老化助剂之间的相互作用等,因此,要制作出好的抗老化材料或产品是一个系统工程,需要权衡和考虑各方面因素,选择出适合自己的材料或产品。高效抗衰老系统。
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(王生:)
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