碳纖維是什么？

碳纖維是由碳原子結(jié)合起來而形成的一個長鏈。纖維非常堅硬、勞固和質(zhì)量輕，被應(yīng)用于各種優(yōu)異的建筑材料。碳纖維材料由各種原材料塊制成，包括紗線、單向編織物和其它幾種依次用于創(chuàng)建復合 的部分

平紋碳纖                                  斜紋碳纖

在這些目錄中還有很多子類需要進一步細化。例如不同的碳纖維條紋會對組成部分及最終產(chǎn)品產(chǎn)生不同的性能。為了創(chuàng)造一個拉伸及壓縮都強硬的碳纖組成部分，需要一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)建基內(nèi)部及維持其外形。環(huán)氧樹脂是一種具有良好抗壓及形變的優(yōu)秀材料，通常用于組建這個結(jié)構(gòu)使碳纖憑該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)加固。由于樹脂密度小因此可以用于創(chuàng)建質(zhì)量輕的部件且非常堅固。當制作一個部件時許多不同的方法可以利用，包括濕法疊涂、真空袋壓成型、樹脂傳遞、匹配模具、嵌件成型、拉擠成型和許多其它的方法。此外，選擇不同的樹脂可以產(chǎn)生不同的性能

。

強度、硬度與其它材料的比較

碳纖非常堅固，這是典型的工程材料方面的強度重量比和剛度重量比的衡量，特別是在增加重量會導致生命周期成本或不滿意表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面。一種材料的硬度是由它的彈性系數(shù)進行測量的，碳纖的系數(shù)典型值20 msi(138 Gpa)和它的最大拉伸強度典型值是500 ksi(3.5 Gpa)。高強度和硬度的碳纖材料同樣具有更高的應(yīng)用價值，可以通過專業(yè)的熱處理工藝。相比鋁2024-T3的系數(shù)典型值只有10 msi和最大拉伸強度典型值只有500 ksi，而4130鋼的系數(shù)典型值是30 msi和最大拉伸強度典型值是125 ksi。

     作為例子，一個平紋碳纖板具有6msi的彈性系數(shù)和83 lbs/ft3的體積密度。作為對比，鋁的密度是169 lbs/ft3，它的重量硬度是8.8 x 108 ft。因此即使一個普通的平紋碳纖板的重量硬度也比鋁高18%比鋼高14%。當考慮一個定制的強度加強的碳纖板以及同時增加強度及硬度的芯材時，很明顯先進的碳纖復合材料可以應(yīng)用到廣泛

優(yōu)勢與劣勢

碳纖加強復合材料具有幾個在高級材料及系統(tǒng)利用的優(yōu)秀特性。碳纖2個常見的應(yīng)用是重量令人滿意下對強度和硬度的要求，包括太空、軍事結(jié)構(gòu)、機器人、風力發(fā)電、生產(chǎn)設(shè)備、體育器材及其它很多方面。當結(jié)合其它材料時可以實現(xiàn)高韌性，某些特定的應(yīng)用也會應(yīng)用到碳纖的導電性和高導熱性。最后，除了基本的力學特性，碳纖維具有獨特的和美麗的表面光潔度。

     雖然碳纖具有其它材料無法比擬的特性，但同時也有些方面需要進行權(quán)衡。首先固態(tài)碳纖不易變形，當在輕度彎曲情況下不會變形，相反一旦超過極限碳纖將完成破壞。在設(shè)計過程中工程師必須理解這種特性，特別是在安全因素的設(shè)計考慮下。同時值得注意的是碳纖復合材料比傳統(tǒng)的材料昂貴的多。使用碳纖生產(chǎn)高質(zhì)量的建筑材料(例如固態(tài)碳板，夾板，管)時要求比較高的水平和許多錯綜復雜的過程，建造自裝配、高度優(yōu)化的部件和組件要求非常高的技術(shù)等級和特殊的工具和設(shè)備。

碳纖VS金屬

當設(shè)計組合部件時不能簡單的比較碳纖、銅鋁或塑料的屬性，因為這些材料基本是一樣的（所有點的特性相同），都具有相同的性質(zhì)（各軸的特性也相同）。相比之下，碳纖的力量集中在它的軸心方向，就此碳纖的特性和方向最大程度的影響基機械性能。碳纖部件是綜合的既不是均勻的也不是各方向的。

     碳纖的性能和鋼鐵相近同時其重量和塑料相近，因此碳纖的強度重量比（和硬度重量比）遠高于鋼鐵和塑料。具體的細節(jié)取決于部件的建造和應(yīng)用，例如一個泡沫芯層具有很高的彎曲力量重量比，但不一定壓縮或擠壓，它們的結(jié)構(gòu)是唯一的，因此在你的應(yīng)用中我們不可能使用碳纖來代替相同厚度的鋼鐵。確定特定需求的產(chǎn)品的安全性和舒適性是客戶的責任，這是經(jīng)過工程分析和實驗驗證的。