什么是碳纤维?

碳纤维是一种聚合物,准确地说,是经过多种加热工序,而定型为丝线状的碳原子。碳纤维细丝看起来和人的头发相似,这些长丝每根直径约5-10微米,比头发还要细10-20倍。

碳纤维丝束

这些碳纤单丝聚集在一起形成丝束,就像将几股线搓成一根绳子那样,一起工作的碳纤维,拥有了人们印象中的特质——轻巧、坚固。

单根碳丝束使用的细丝数量,或用大家熟悉的叫法,模量,就成了碳纤维的最常见的度量标准。例如,具有3,000根长丝的碳丝束通常被命名为3K,6000丝是6K,依此类推。但模量并非越高越好,因为较高的模量意味着较高的脆性。

关键一点,描述模量的方法并不是标准化的(更像是厂家忽悠消费者的一种策略):一个品牌声称的“超高模量”材料,实际上可能比另一个品牌的“低模量”碳更“软”。和单纯的模量高低相比,可能同一产品会采用多种模量的碳纤维来制造不同位置。

环氧树脂是碳纤维部件最终性能的关键

碳丝束在加入环氧树脂前,还是很软的,它几乎体现不出来什么性能。向碳纤维添加树脂可将材料转变为高性能的复合材料,更准确的工程术语叫,碳纤维增强聚合物(CFRP)。

相比轻巧的碳纤维,环氧树脂相对笨重。厂商在生产这类部件时,都希望尽可能少使用树脂来固定碳纤维。这里还有教给大家一个通过树脂含量分辨碳纤维模度的方法,较高模量的碳会发光,因为高模碳的丝束间隙小,所需填充的环氧树脂少。反之,低模碳因为丝束间隔大,填充树脂多,所以光泽相对暗淡。

一些制造商会通过使用其他纤维类型和改性树脂(例如灌注玻璃或碳纳米管的复合环氧树脂)来改变最终的性能特征。

为了更好的融合碳纤维和环氧树脂,厂商会将碳纤维布预浸渍在未固化的环氧树脂中,通常也会叫碳纤维预浸料,需要冷冻储存。这样做有助于确保环氧树脂覆盖每一个碳丝束的缝隙,不乱丝。

碳纤维预浸料

碳纤维布最常见的编制方式

一种是单向编织法,所有的纤维都在一个平行的方向上运行。这种方式的优点是,在一个方向上提供了最大的强度和刚度,缺点是,其正交方向上的强度和刚度都很弱,五通、头管、有线管钻孔的地方都会选用单向编织的碳布。

另一种方式是交叉编织法,丝束可以以各种角度编织在一起,通常以十字交叉的方式编织在一起,使得材料可以在多个方向上同样强壮。

 

通常,制作碳纤维制品需要权衡较多的参数,如刚度与脆性,重量与耐久性,耐冲击性,当然还有成本,有可能会在不同的部位,使用到最合适的碳纤维类型。

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