什么是碳纤维？

投稿专栏 • 2019年9月2日 19:53 • 阅读 8006

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。

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。