高為碳纖維
為什么碳纖維管的強度高
碳纖維管是一種采用碳纖維復合材料制成的管狀材料，也被稱為碳素纖維管、碳管或碳纖管。制作過程中，通過預浸入苯乙烯基聚脂樹脂的碳纖維復合材料，經過加熱固化和拉擠(纏撓)處理，可以生產出各種形狀的型材，如圓管、方管、片材等，并且可以進行表面包裝美化等處理。
碳纖維管的基礎是碳纖維，碳纖維是一種含碳量高于90%的無機高分子纖維，其中含碳量高于99%的被稱為石墨纖維。碳纖維的微觀結構類似于人造石墨，具有亂層石墨結構。碳纖維的層面間距約為3.39到3.42A，而且層與層之間通過范德華力相互連接。
碳纖維具有碳材料的強抗拉力和纖維柔軟可加工性的特點，是一種力學性能優異的新材料。碳纖維的拉伸強度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa。密度約為1.5到2.0克每立方厘米，這取決于炭化處理的溫度，一般經過高溫3000℃石墨化處理后，密度可達到2.0克每立方厘米。此外，碳纖維的重量很輕，比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，并且比強度是鐵的20倍。碳纖維的熱膨脹系數具有各向異性特點，比熱容一般為7.12，熱導率隨溫度升高而下降，平行纖維方向為負值(0.72到0.90)，垂直纖維方向為正值(32到22)。在電阻方面，碳纖維的比電阻與纖維類型有關，高模量為775，高強度碳纖維為每厘米1500，這使得碳纖維具有所有高性能纖維中最高的比強度和比模量。相比金屬材料如鈦、鋼、鋁等，碳纖維在物理性能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數小等特點，可以稱為新材料之王。
除了具備一般碳素材料的特性外，碳纖維還具有顯著的各向異性柔軟性，可以加工成各種織物。由于比重小且沿纖維軸方向具有高強度，碳纖維增強環氧樹脂復合材料在比強度和比模量方面具有最高水平。碳纖維樹脂復合材料的抗拉強度通常在3500兆帕以上，是鋼材的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430G帕，也高于鋼材。因此，碳纖維復合材料的比強度，即材料的強度與密度之比，可達到2000兆帕以上，而A3鋼的比強度僅為59兆帕左右，比模量也比鋼高。與傳統的玻璃纖維相比，碳纖維的楊氏模量是玻璃纖維的3倍以上；與凱夫拉纖維相比，碳纖維的楊氏模量也高出2倍左右。碳纖維環氧樹脂層壓板的試驗表明，隨著孔隙率的增加，強度和模量都會下降，孔隙率對層間剪切強度、彎曲強度和彎曲模量的影響非常大，而拉伸強度受孔隙率影響相對較小。
碳纖維還具有優異的纖度，一般約為19克，拉力高達300kg每微米。幾乎沒有其他材料能像碳纖維一樣具有多種優異性能，因此在需要高度強度、剛度、輕度和耐疲勞等要求嚴格的領域得到廣泛應用。碳纖維在不接觸空氣和氧化劑時，能夠耐受超過3000度的高溫，具有出色的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維的強度要在1500℃以上的高溫下才會開始下降，而且溫度越高，纖維強度越大。碳纖維的徑向強度不如軸向強度，因此碳纖維在制作過程中需要注意避免徑向強力，即不能打結。此外，碳纖維還具有良好的耐低溫性能，即使在液氮溫度下也不會脆化。
總的來說，碳纖維管具有強度高、壽命長、耐腐蝕、質量輕、低密度等優點。它具有尺寸穩定、導電、導熱、熱膨脹系數小、自潤滑和吸能抗震等一系列優異性能。在高性能纖維中，碳纖維具有最高的比模量和比強度。因此，碳纖維在航空航天領域、軍工產品以及民用領域都有廣泛的應用。特別是碳纖維管在日常生活中也與我們息息相關，由于其獨特的硬度和輕度，被廣泛應用于風箏、航空模型飛機、燈用支架、印刷機輥軸、醫療器械、體育器材等機械設備中。
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