关于碳纤维/玻璃钢基础知识

本文详细介绍了碳纤维及玻璃钢的基础知识，包括碳纤维的制造工艺、分类、编织方式及其机械性能，以及环氧树脂在复合材料中的应用。

碳纤维的基本概念与形成工艺

碳纤维增强塑料（CFRP）是碳纤维的主要应用形式，其中“碳”常作为其简称。碳纤维通过碳化工艺制成，即将原材料加热至1300°C，在不同压力下将分子排列成链，最终形成直径仅5-8微米的单根碳丝。

粗纱的定义与K值含义

粗纱是由单根碳纤维细丝排列而成的纱线，其细丝数量以K表示，代表千根单位。例如：1K粗纱包含1,000根细丝，3K为3,000根，24K则为24,000根。

碳纤维织物的类型与应用

碳纤维织物是通过织机加工而成的成品布料，主要采用帆布或2/2斜纹布编织。其他复杂图案也可实现，但需生产数百平方米以上。

• 平纹组织：纤维以0°/90°角度排列，采用1/1编织，纤维完全垂直。适用于壁厚为0.5毫米至3毫米的管材，提升抗弯刚度与抗压强度。
• 斜纹2/2组织：纤维以±45°倾斜排列，尽管实际沿管道轴线纵向和横向分布。

纤维结构对机械性能的影响

不同纤维铺设方向决定了层压板的机械特性：

• 单向（UD）：所有纤维朝一个方向铺设，适合单一方向受力部件。
• 双向：纤维以0°和90°（或±45°）两个方向铺设，提供多方向强度。
• 三轴：纤维以0°、+45°和-45°三个角度铺设，适用于复杂应力环境。
• 四轴：纤维以0°/90°/+45°/-45°交替铺设，优化多方向性能。
• 准各向同性：纤维铺设在至少4个方向上，具有对称层结构，适合高强度需求。

碳纤维的分类与性能差异

根据强度和模量，碳纤维分为以下几类：

• HT（高强度）：如HTA、HTS，适用于高性能场景。
• IM（中等模量）：刚性和拉伸强度更高。
• HM（高模量）：极高的刚性，适合需要高稳定性的应用。
• UHM（超高模量）：适用于性能优先于成本的高端领域。

环氧树脂的作用与复合材料的形成

环氧树脂是一种常用的塑料基质，碳纤维嵌入其中形成复合部件。除环氧树脂外，聚酯、乙烯基酯、苯酚或氰酸酯也可作为基质系统。这些材料被加工成半成品（如板或管），称为复合部件或层压板。