《深圳科普课堂》:202408神奇的碳纤维

  《深圳科普课堂》神奇的碳纤维

  大卫(炫耀):小美!快来看看我买的新车

  小美(无语):就这……这不就是一个破自行车吗?有什么好炫耀的?

  大卫:破自行车?!这可是碳纤维自行车,中高档的竞赛自行车。来小美,你用手提一提。

  小美(提了提自行车):哇~怎么这么轻?甚至感觉比我的手机还要轻。太神奇了。

  高主任:这个碳纤维啊,准确地说,应该叫做碳纤维复合材料,通常是以碳纤维或碳纳米管为骨架,衬以热固性塑料,再对两者加热、加压,使其紧密结合而成的,这类材料最大的特点,就是其强度和重量的比值极大,同等体积的碳纤维,重量只有钢铁的四分之一左右,其抗拉强度却是钢铁的几倍、十几倍。同时,碳纤维的化学性质很稳定,不会氧化生锈,也不怕高盐、潮湿、酸性的使用环境,不需要刷漆防锈,大大降低了零件、设备的维护成本。

  大卫:没错,像我们常见的体育运动领域:碳纤维能够做成钓鱼竿、羽毛球拍、自行车架、跑鞋的底板……在很多领域,碳纤维都能替代钢铁发挥作用,体现出强大的新材料优势。

  正宇:而且啊,这类材料不光在我们的日常生活中很常见,在军工领域用处也很广泛据说已经有战术导弹的外壳,使用了碳纤维复合材料代替金属,从而减轻导弹自重,增加射程。

  小美:听你们这么说,这碳纤维确实挺厉害

  高主任:作为非金属材料,碳纤维材料的膨胀系数比钢铁小得多。这对于使用时温度变化较大的器件而言,就省去了考虑热胀冷缩给结构带来的影响问题。这些优点,都让它成为工业材料的新宠。尤其是在对重量斤斤计较,对强度要求又很高的航空、航天领域,碳纤维有着宽广的应用前景。

  大卫:可不,你说这碳纤维啥都好,最大的缺点就是贵!

  正宇:确实是除了贵没毛病。你们猜猜这辆破自行车多少钱?

  老刘:多少啊!两千?

  大卫:小一万块呢!

  老刘:啊,这么贵啊

  高主任:碳纤维之所以价格贵,是因为碳纤维的加工,涉及复杂的工艺,产能长期受限,价格一直居高不下。多数时候,会将碳纤维纺织成,再去压制成形,或是紧紧包裹在钢结构的外面,增加钢的强度。然而,这种碳纤维织成的一旦出现裂纹,很容易像其他布料一样,顺着纤维撕开,强度几乎归零。更麻烦的是,碳纤维的结构破坏,很可能没有先兆,而是在瞬间就发生了。

  正宇:是的,不过碳纤维复合材料,还是一个年轻的领域,随着科学技术的发展,或许在不远的将来,能够找到克服这些缺点的方法,让它变得更加强大,在更广阔的领域发挥作用!