碳纖維的 12 大獨特優(yōu)勢

從太陽(yáng)鏡到錢(qián)包，我們每天都要隨身攜帶幾十種不同的配件。這些飾品可以由多種產(chǎn)品制成，但碳纖維作為一種耐用且引人注目的選擇，正在聲名鵲起。

什么是碳纖維？

碳纖維屬于被稱(chēng)為“纖維增強塑料”的一類(lèi)材料，其中還包括廣泛用于船只和汽車(chē)的玻璃纖維以及因制造防彈背心而聞名的 Kevlar 等材料。將超強的碳纖維織物與先進(jìn)的塑料結合在一起，可以制造出一種具有幾乎不可能的特性的材料：它比鋁輕，卻比鋼更堅固，在加熱或冷卻時(shí)不會(huì )改變尺寸，具有令人難以置信的硬度和剛度，而這僅僅是個(gè)開(kāi)始。碳纖維的用途非常廣泛，每天都有新的應用被發(fā)現。碳纖維使飛機更高效、汽車(chē)更快速、無(wú)人機更輕巧，甚至在錢(qián)包、太陽(yáng)鏡和皮帶等許多奢侈品中也能找到碳纖維的身影。碳纖維使材料既柔軟又堅固成為可能！準備好探索碳纖維這種奇特材料的眾多優(yōu)點(diǎn)和用途吧。

碳纖維產(chǎn)品的 12 個(gè)獨特優(yōu)勢

決定碳纖維是否適合您的方法就是了解它的工作原理。以下是碳纖維有別于其他材料的 12 個(gè)優(yōu)點(diǎn)！

高拉伸強度和剛度

碳纖維的強度來(lái)自于增強纖維：成千上萬(wàn)條微小的碳絲，這些碳絲本身具有很強的拉伸強度，但缺乏剛度和抗壓性。將這些纖維懸掛在環(huán)氧樹(shù)脂（一種強度高、重量輕的塑料）中，它們沿軸向變得堅硬，在拉伸和壓縮時(shí)都很強。這就產(chǎn)生了“非各向同性”強度，即材料的強度隨纖維的方向和取向而變化。這與鋼材等“各向同性”材料形成鮮明對比，后者無(wú)論排列方向如何都具有相同的特性。在正確排列的情況下，碳纖維部件的強度可與最好的鋼材相媲美，而重量?jì)H為鋼材的一小部分。這使得碳纖維成為鋁和鋼等金屬合適的替代品，因為碳纖維的強度可以根據負載情況進(jìn)行精確調整。

重量輕

說(shuō)到重量，碳纖維是很輕的！碳纖維增強塑料并不比非增強塑料重多少。與鋼材相比，整體重量減輕了約 90%。一個(gè) 70 磅重的鋼制汽車(chē)引擎蓋可以重新制作，重量?jì)H為 7 磅！它比鋁甚至鈦還輕。例如，沃爾沃公司即將推出的 Polestar One 跑車(chē)，通過(guò)戰略性地使用碳纖維，減輕了 500 多磅的重量，同時(shí)還提高了關(guān)鍵部位的剛度。  

適用于多種用途

除了在汽車(chē)領(lǐng)域的廣泛應用，碳纖維還被應用于幾乎所有你能想象到的領(lǐng)域。徒步旅行者喜歡碳纖維在背包和帳篷中的輕質(zhì)特性，無(wú)人機、飛機和直升機可以顯著(zhù)提高動(dòng)力重量比。如果碳纖維出現在豪華房車(chē)、急診室、樂(lè )器或你的下一輛自行車(chē)中，請不要感到驚訝。事實(shí)上，碳纖維已經(jīng)為上述每一種應用制造了產(chǎn)品！有沒(méi)有試過(guò)抬起一個(gè)沙發(fā)，卻希望它的重量輕一點(diǎn)？你不是唯一一個(gè)這樣的人，碳纖維家具正開(kāi)始一次次拯救過(guò)度緊張的脊椎。盡管碳纖維有點(diǎn)癢，但現在甚至有公司在生產(chǎn)碳纖維服裝 T 恤！

不會(huì )生銹

大多數材料對空氣和水的反應很差，除非受到保護，否則會(huì )腐蝕、氧化或分解。碳纖維不會(huì )。碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂都非常穩定，即使浸泡在水中也不會(huì )發(fā)生反應！在非常潮濕甚至浸水的條件下，它是鋼材的理想替代品。無(wú)需進(jìn)行昂貴的防腐處理或持續重新噴漆。

對 X 射線(xiàn)透明

盡管碳纖維比鋼鐵更堅固，但它對 X 射線(xiàn)完全透明。沒(méi)有其他材料能將金屬的強度和塑料的 X 射線(xiàn)透明度結合起來(lái)。

在高溫天氣下不會(huì )彎曲或改變形狀

通過(guò)使用高溫環(huán)氧樹(shù)脂，碳纖維可以承受高溫和嚴寒，基本上不會(huì )變形或改變尺寸。這得益于碳纖維的低熱膨脹特性。長(cháng)期以來(lái)，音樂(lè )家們一直夢(mèng)想著(zhù)吉他、豎琴或小提琴能夠永不走調。碳纖維正在將這一夢(mèng)想變?yōu)楝F實(shí)，制造出在熱、冷和潮濕環(huán)境下不會(huì )膨脹或收縮的樂(lè )器?，F在，樂(lè )器可以經(jīng)受風(fēng)吹日曬、粗暴搬運、旅行等，而且重量更輕，使用壽命長(cháng)達數十年。為碳纖維涂上一層透明涂層以保護其免受弱點(diǎn)的影響，仍然是明智之舉： 紫外線(xiàn)照射。不過(guò)，只要涂上適當的涂層，碳纖維部件就能經(jīng)受多年的日曬。

耐化學(xué)腐蝕

碳纖維（硬質(zhì)）通常與聚合物基體配合使用。最常見(jiàn)的是碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂系統搭配使用。 環(huán)氧樹(shù)脂由樹(shù)脂和固化劑兩部分化學(xué)反應而成。 環(huán)氧樹(shù)脂固化后是一種熱固性樹(shù)脂，不會(huì )熔化或恢復到原來(lái)的成分。 這使得環(huán)氧樹(shù)脂成為一種高度耐化學(xué)腐蝕的塑料，不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而腐蝕、溶解或熔化。 這種環(huán)氧樹(shù)脂使碳纖維對大多數酒精、酸和其他化合物都具有很強的耐化學(xué)性。

良好的導熱性

在原子層面上，碳纖維是由形成木炭的相同材料--碳構成的。由于碳纖維具有導熱性，因此熱量很容易沿著(zhù)纖維的長(cháng)度方向傳導。碳纖維的導熱系數約為 500 W/mK（瓦特/米開(kāi)爾文），而鋁的導熱系數約為 200 W/mK，銅的導熱系數約為 400 W/mK。不過(guò)，熱量不會(huì )垂直于纖維傳導，因此可以通過(guò)排列纖維方向來(lái)控制熱量流過(guò)零件，從而產(chǎn)生所需的熱性能。

柔韌性和延展性

在鋪層工藝之前，碳纖維幾乎可以制成任何形狀，但要使工藝和材料適應各種幾何形狀，還需要豐富的經(jīng)驗和技術(shù)知識。但這并不是終點(diǎn)。復合材料既可以做成柔性的，也可以做成剛性的，但不能兩者兼得。2013 年，當 Common Fibers 公司的創(chuàng )始人開(kāi)發(fā)出碳纖維鉸鏈 CF-Lex 時(shí)，這一切都改變了。一塊連續的碳纖維可以沿單一軸線(xiàn)彎曲，同時(shí)仍能保持其大部分抗拉強度。碳纖維支架可以像鋼材一樣彎曲，時(shí)尚飾品可以做得更加炫目，還有很多新的應用等待著(zhù)我們去發(fā)現。Common Fibers 公司的錢(qián)包就是這種碳纖維鉸鏈的一個(gè)實(shí)例。

視覺(jué)外觀(guān)和美學(xué)

如果說(shuō)幾乎每個(gè)人都知道碳纖維的一個(gè)特性，那就是它一眼就能識別的外觀(guān)。從具侵略性的鯊魚(yú)齒紋、深度以及捕捉光線(xiàn)的方式來(lái)看，碳纖維都是不可錯過(guò)的！ 提供這種迷人外觀(guān)的纖維不僅僅是裝飾，它們還是部件的結構和強度，就像昆蟲(chóng)的外骨骼。無(wú)論是幾乎完全由碳纖維制成的超級跑車(chē)，還是家具上的簡(jiǎn)單裝飾，抑或是每天隨身攜帶的錢(qián)包或小刀，碳纖維都是美麗、醒目和大膽的。 現在，碳纖維甚至可以編織成其他圖案，或與其他材料（通常是凱夫拉爾纖維、玻璃纖維或麥拉纖維）一起使用，以增加一些色彩。 碳纖維本身除了黑色以外不能有其他顏色。

可與其他材料結合

鋪層工藝包括將多層碳纖維夾在一起，制造商通常會(huì )選擇在鋪層中加入不同的材料，以創(chuàng )造不同的性能。例如，賽車(chē)通常會(huì )在外層添加一層凱夫拉纖維，以便在部件受到路面或側壁磨損時(shí)保護碳纖維。泡沫可以用來(lái)增加厚度，而重量的增加卻微乎其微。木材比碳纖維便宜得多，而且還能增加柔韌性和彈性。甚至還可以將金屬與碳材料層壓在一起，創(chuàng )造出復合材料?？赡苄詭缀跏菬o(wú)窮無(wú)盡的。這就是復合材料的魔力所在，技術(shù)人員和科學(xué)家們正在不斷發(fā)明新的創(chuàng )新材料組合。

結論

碳纖維的優(yōu)點(diǎn)難以計數，但我們已經(jīng)盡力向您展示了選擇碳纖維的十二個(gè)獨特理由。盡管碳纖維已經(jīng)存在了半個(gè)世紀，但仍有許多東西值得我們去探索--一旦使用碳纖維，就再也無(wú)法拒絕。