“碳纖維”這個(gè)名詞大概很多人都聽過,其是一種含碳量超過90%的纖維狀材料,具有高強(qiáng)度、高模量性狀,如今我們所見的碳纖維制品從軍用、醫(yī)用到民用都有。據(jù)說,早期的碳纖維制品的應(yīng)用可以追溯到愛迪生,他為了提高燈泡燈絲的使用壽命,用竹子、亞麻等制成了碳纖維,但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)手段有限,而碳纖維生產(chǎn)的工藝復(fù)雜,不能量產(chǎn),且制造出來的碳纖維力學(xué)性能也沒有現(xiàn)在這么高,所以沒有得到進(jìn)一步發(fā)展。
上世紀(jì)中期,隨著各發(fā)達(dá)國家對航天航空領(lǐng)域探索的投入加大,碳纖維質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、抗腐蝕的性能再次受到科研人員的注意。相比較而言,碳纖維制品的密度只有鋼材的五分之一,但強(qiáng)度卻是鋼材的5到7倍,因?yàn)樘嫉淖陨砻芏雀停祭w維結(jié)構(gòu)中碳原子之間有著立體蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳-碳共價(jià)雙鍵,結(jié)合非常緊密,即便受到外力的強(qiáng)沖擊,也不會造成太大的形變破損,且在實(shí)際生產(chǎn)中為了讓碳纖維制品的硬度更好,還會加入樹脂和固化劑等,所以這種材料應(yīng)用于航空航天是非常合適的。
航天領(lǐng)域?qū)Σ牧陷p量化的追求比較高,因?yàn)榛鸺枰薮蟮闹屏Γ瑴p輕自身的重量能使火箭更輕盈,發(fā)射效率更高。碳纖維制品也可用在飛機(jī)設(shè)計(jì)中,因?yàn)轱w機(jī)機(jī)身也有輕量化的考量,碳纖維可以節(jié)約能耗,使飛機(jī)的荷載能力更強(qiáng),還讓戰(zhàn)斗機(jī)額外具有電磁屏蔽和隱身特性;船舶艦體的上層建筑也可以使用碳纖維制品,如葉片艦船推進(jìn)器、桅桿、船體結(jié)構(gòu)等,同樣可以減輕船舶的總質(zhì)量,提高安全性能的同時(shí)增加強(qiáng)度;醫(yī)用領(lǐng)域也有碳纖維制品的應(yīng)用,如制造人工骨骼和關(guān)節(jié),碳纖維具有優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度和抗拉蠕變性能時(shí)人造骨骼與人體自身的骨骼性能相近,相容性更好……
很多科普文章都稱,我國的碳纖維制品發(fā)展起步晚,所以技術(shù)上比不過日本、美國等國家,實(shí)際上,我國的碳纖維技術(shù)已經(jīng)得到突破,一些碳纖維制品的性能并不輸美日了,這點(diǎn)通過看我們普通人能夠接觸到的碳纖維材料制品就可以發(fā)現(xiàn),如碳纖維拉桿箱、碳纖維羽毛球拍、碳纖維魚竿等等普通人也是能消費(fèi)得起的。