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关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

1. 任何碳纤维产品都是“混合物”

好吧,当我说“混合”时,我真正的意思是它是由几种混合元素制成的“复合材料”。人们通常认为它是一种纯物质,而不是复合材料。原始碳纤维实际上很脆,很容易开裂和分裂,尽管它在用于制造某些东西时非常坚硬。为了使碳纤维具有刚性,在成型为产品形状之前,将其与环氧树脂混合。正是这种重要的元素组合,碳纤维和环氧树脂,赋予了碳纤维刚度并最终成为坚固的成品。

2. 碳纤维的刚度可控

因此,您可能熟悉碳纤维在其最终复合状态下非常坚硬的事实。但是,我敢打赌你不知道这种刚度是可以控制的。 你看,纤维沿着纤维的长度在一个方向(单向)上很坚固,并且通过混合某些碳纤维,可以非常精确地控制刚度。 更令人惊奇的是,随着温度的升高,碳纤维复合材料的柔韧性可高达88%,而当热量消失时,它又会完全恢复到原来的状态。

3. 碳纤维:不仅仅是斜纹编织

您将看到用于碳纤维产品的最常见的编织是斜纹编织,人们通常认为它是唯一可用的编织。然而,碳纤维布是沿着纤维方向编织的,既可以形成平纹组织,也可以形成斜纹组织。

平纹编织的柔韧性较差,耐磨性更强,而斜纹编织的纤维更直、更长,既保持了碳纤维的理论强度,又比平纹编织更坚固、更柔韧。 还有一些其他不太知名的编织,“缎子”编织,“线束”编织,甚至“鱼”编织。这些都是用于特定目的并且没有被广泛使用的不同模式。 “马具缎”编织是一种更加柔韧的织物。它非常适合顺应复杂曲线,常见于增强塑料中。

4. 甚至还有“湿”的碳纤维布

关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

碳纤维布有两种形式,俗称湿法预浸布和干法预浸布。 湿预浸布更易于使用,通常用于制造汽车产品,如前唇扰流板、后扩散器和行李箱扰流板。制造商可以通过将精确数量的环氧树脂倒在碳纤维布上来制造湿预浸布。

干式预浸布也称为“干碳”,与湿式预浸布相似,因为它们都使用环氧树脂将碳纤维织物粘合在一起。区别在于干预浸料中使用的环氧树脂,当它被注入布料时,它具有特定的“干”特性。 由于制造过程以及使用的更先进的树脂,干预浸布通常比湿布更昂贵。

5. 碳纤维长丝是可数的(即使你自己的头发不是)

如果您碰巧寻找有关碳纤维的数据,您会经常在其描述中看到字母“K”,您会看到它与诸如 1K、3K 和 12K 等数字一起出现。 但是这个“K”是什么意思? 好吧,如果您查看任何机织布,例如斜纹织物,您会发现它是由称为粗纱的碳纤维长丝束编织而成。 每根粗纱实际上是单个碳纤维的集合,“K”数与粗纱中存在多少纤维有关。 因此,如果您看到“K”等级,例如 3K,这意味着用于编织布的粗纱由 3000 根单独的纤维制成,而 12K 等级意味着粗纱由 12,000 根单独的纤维编织而成。

6. 碳纤维增加刚度的秘诀

也许你听说过UD碳纤维织物。

UD 是单向的缩写,顾名思义,这意味着所有细丝在一个方向上平行排列,不会相互交叉或交织。 现在,在这种情况下,“K”评级、1K、3K 和 12K 不再那么重要了。营销人员经常忽略的东西。 UD与其他机织物的不同之处在于它具有不同的外观和不同的机械性能。 UD 增强可以通过精确定位碳纤维以在最需要的方向提供最大强度,从而制造出令人难以置信的坚固、轻质组件。

关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

7. 碳纤维比你想象的要老

关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

碳纤维最初由 Joseph Swan 创造,并在 1860 年代用于灯泡。 但更为人熟知的高性能碳纤维是由 Roger Bacon 于 1958 年在俄亥俄州克利夫兰市郊的联合碳化物帕尔马技术中心(现为 GrafTech International Holidays, Inc.)发明的。

直到 1963 年英国研究中心开发出一种新的制造工艺,碳纤维的强度潜力才得到充分发挥。该流程由位于汉普郡法恩伯勒的皇家飞机公司的 W. Watt、LN Phillips 和 W. Johnson 开发。 然后,它由国家研究发展公司授权给三家英国公司,劳斯莱斯、摩根石和考陶德。

8. 碳制造比你想象的更复杂、更昂贵

过去,制造碳纤维的速度缓慢且效率低下,因此在大规模生产中使用成本非常高。

幸运的是,通过技术和工艺的进步,成本已大幅下降,这意味着它已将碳纤维转移到主流制造领域。 尽管如此,它仍然是令人放心的昂贵。

9. 碳纤维由石油和...

用于生产碳纤维的原料称为前驱体。在这些前体中,90% 的碳纤维由聚丙烯腈 (PAN) 制成,其余 10% 由人造丝或石油沥青。

所有这些都是有机聚合物,具有由碳原子结合在一起的长链分子。 不同的前体用于制造不同的碳纤维,所得的碳纤维可能是涡层或石墨,或者具有石墨和涡层部分的混合结构。

10. 大多数原碳来自亚洲

世界上只有少数几家公司真正拥有制造原始碳纤维本身的所有技术能力,即使技术有所改进,这仍然是一个非常复杂的过程。

根据美国能源部 2010 年碳纤维市场报告,超过 90% 的碳纤维供应仅来自六家公司:东丽、东邦特纳克斯、三菱丽阳、佐尔泰克、赫氏和氰特。 榜单前三名均为亚洲企业,占全球碳纤维产量的近三分之二。后三者总部位于美国,占全球碳纤维产量的不到三分之一。

11、碳纤维制品可修复

许多人会认为一旦碳纤维产品损坏,它就是烤面包,但这并不完全正确。许多碳纤维产品实际上可以像钢制或钛制产品一样成功修复。 然而,这并不容易,最好留给专家。不要在家里尝试,因为你可能会弄得一团糟,所以把它留给制造商,因为他们可能有一个内部完美的维修团队。

12. 更高模量的碳纤维并不意味着更高的质量

模量是指编织成碳纤维片材的纤维的刚度。 因此,当您从标准模量纤维转变为超高模量纤维时,纤维变得更硬、更轻且制造商成本更高。 您经常会发现一些营销信息试图向您推销由超高模量碳纤维制成的碳纤维产品。

但事实是,无论您的碳纤维产品多么昂贵,您总是需要混合纤维。 让我这样解释。 以山地或公路自行车为例。如果制造商用高模量碳纤维制造自行车,它会超轻,但也会变得僵硬和易碎,让人不舒服。 因此,生产出色的碳纤维产品的艺术是获得正确的纤维混合物并确保最终产品具有所有正确的特性。

13. 阳光会削弱碳纤维吗?

尽管碳纤维本身不易受到紫外线损伤,但用于将碳纤维粘合在一起的树脂可能会“理论上”,这意味着您的碳纤维部件或框架可能会随着时间的推移而退化。 幸运的是,碳纤维制造商了解这个问题,因此他们通常会使用抗紫外线树脂并用紫外线防护漆完成表面处理,这意味着您不必再担心了。

14. 碳纤维天生具有 RFID 屏蔽功能,它会扼杀您的手机信号

关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

是的,不幸的是,这是真的。我在之前的一篇文章中提到过 -碳纤维手机壳:“Just Say No”。 因为碳纤维是电和磁的导体,它会影响你手机的信号。 碳纤维已被证明可以通过射频干扰 (RFI) 显着减少您的手机蜂窝信号接收。碳纤维手机壳已被证明可将平均蜂窝信号降低多达 40%-60%,而铝和其他类似金属手机壳的效果并没有好多少,并且会以类似的方式降低您的信号强度。

15. 碳纤维被用在比你想象的更多的地方

的确,碳纤维无处不在,我的意思是无处不在。您家中可能有一辆碳纤维自行车,或者您的朋友手里拿着碳纤维钱包。

关于碳纤维你不知道的15件事(但你应该知道!)

随着时间的推移,碳纤维在各行各业中发挥着越来越重要的作用。

航空航天:碳纤维已在航天器上登上月球。它已被制成飞机部件和结构。从直升机到滑翔机,从战斗机到超轻型飞机,碳纤维发挥着越来越重要的作用,使飞机变得更轻、更强。

运动用品:您可能穿着一双内置碳纤维的跑鞋。它在运动器材上的应用范围从网球拍到高尔夫球杆。

汽车:宝马在其汽车制造中使用了大量碳纤维,从内饰件到扰流板、发动机罩甚至车顶等外饰件。越来越多的制造商开始将其视为一种用途广泛的材料,例如特斯拉、劳斯莱斯、法拉利和兰博基尼等等。

医疗:碳纤维越来越多地用于制造医疗假肢,并帮助人们再次过上健康的生活。它结合了重量轻和强度,意味着可以以 10 年前闻所未闻的方式制造四肢。

这个清单可以继续下去,它只是表明碳纤维正以不可阻挡的方式出现在各行各业。 也许这只是碳纤维受到科技界人士欢迎的原因之一。

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