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碳素与碳纤维的分别

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【摘要】:
应用情况及发展趋势  由于碳纤维所具有的优异性能和较昂贵的价格,它以往主要用于制造先进复合材料(ACM),广泛应用于航天、航空高技术产品及高级体育用品。

应用情况及发展趋势
  由于碳纤维所具有的优异性能和较昂贵的价格,它以往主要用于制造先进复合材料(ACM),广泛应用于航天、航空高技术产品及高级体育用品。随着世界格局的变化,发达国家先进复合材料的发展与应用受到了军费缩减的冲击。1990年至1991年,美国飞机、航空航天以及军事用先进复合材料用量的增长率为-0.3%,时隔一年进一步变为-3.1%。据预测,这种不景气现象会持续下去。面对这种情况,一些军工厂更加重视了民用CFRP(碳纤维复合材料)制品的开发,美国的Brunswick公司分别与几家美国和法国的公司建立了合资企业,扩展非航空航天及军工领域的CFRP的生产,开始涉足于汽车、油田、造纸和印刷业。民用CFRP制品的开发取得了大量的成果,有些产品或者构思巧妙,独特新颖,或者具有巨大的发展潜力,对民用CFRP的发展起着巨大的推动作用和深远的影响。
  种种迹象表明:到21世纪碳纤维复合材料在一般产业方面的应用将迅速扩展,并推动相关产业的大发展。从长远来看,随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降,它在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用,也将迅速扩大。
在石油工业上的应用
  随着近海油田勘探逐渐向深海发展,开发成本愈来愈高。若油田开发用的材料选用CFRP,则成本可望下降。这是因为CFRP分弯曲刚性高,极限强度大,耐腐蚀性强,易于修补,抗冲击性强,热膨胀系数和导热性低,重量轻又无浮力。近年来有关专家对这些特性进行了评价,认为目前近海油田生产的深度已达915m以上,勘探深度以达4575m以上,随着将来采掘的油田更深、更小和更散,其张力支架平台有必要选用复合材料部件,包括升降机、升降管、深海用TLP的带钢筋束或系绳和复合材料制的柔软螺旋管等。以CFRP升降机为例,虽其原料和加工成本高,但可大幅度节减浮力用发泡体的费用,总体费用与传统材料相当,不过其海水稳定性提高了,深海适应性好,使总体效益更好。例如墨西哥湾的1200m深海油田用的升降机,当其升降机管采用碳纤维和玻纤混杂复合材料时与不锈钢管相比,每米的有效重量轻45kg,1200m可减重54吨。这样可大大削减浮力赋予体的费用。又如可卷绕的复合材料螺旋管,也是有碳纤维和玻璃纤维混杂材料制的,1995年已使用5490m,世界石油约25%由近海油田提供,将来石油开采的主要场所是1609m深的海底,届时碳纤维及其复合材料的需求量将很大.