碳纖維的 12 大獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

從太陽鏡到錢包，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？

碳纖維屬于被稱為“纖維增強(qiáng)塑料”的一類材料，其中還包括廣泛用于船只和汽車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(qiáng)的碳纖維織物與先進(jìn)的塑料結(jié)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(jiān)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)開始。碳纖維的用途非常廣泛，每天都有新的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)。碳纖維使飛機(jī)更高效、汽車更快速、無人機(jī)更輕巧，甚至在錢包、太陽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(jiān)固成為可能！準(zhǔn)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(dú)特優(yōu)勢(shì)

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(qiáng)度和剛度

碳纖維的強(qiáng)度來自于增強(qiáng)纖維：成千上萬條微小的碳絲，這些碳絲本身具有很強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度，但缺乏剛度和抗壓性。將這些纖維懸掛在環(huán)氧樹脂（一種強(qiáng)度高、重量輕的塑料）中，它們沿軸向變得堅(jiān)硬，在拉伸和壓縮時(shí)都很強(qiáng)。這就產(chǎn)生了“非各向同性”強(qiáng)度，即材料的強(qiáng)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(duì)比，后者無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(qiáng)度可與最好的鋼材相媲美，而重量僅為鋼材的一小部分。這使得碳纖維成為鋁和鋼等金屬合適的替代品，因?yàn)樘祭w維的強(qiáng)度可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行精確調(diào)整。

重量輕

說到重量，碳纖維是很輕的！碳纖維增強(qiáng)塑料并不比非增強(qiáng)塑料重多少。與鋼材相比，整體重量減輕了約 90%。一個(gè) 70 磅重的鋼制汽車引擎蓋可以重新制作，重量僅為 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，通過戰(zhàn)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

除了在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，碳纖維還被應(yīng)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，無人機(jī)、飛機(jī)和直升機(jī)可以顯著提高動(dòng)力重量比。如果碳纖維出現(xiàn)在豪華房車、急診室、樂器或你的下一輛自行車中，請(qǐng)不要感到驚訝。事實(shí)上，碳纖維已經(jīng)為上述每一種應(yīng)用制造了產(chǎn)品！有沒有試過抬起一個(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，碳纖維家具正開始一次次拯救過度緊張的脊椎。盡管碳纖維有點(diǎn)癢，但現(xiàn)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(shù)材料對(duì)空氣和水的反應(yīng)很差，除非受到保護(hù)，否則會(huì)腐蝕、氧化或分解。碳纖維不會(huì)。碳纖維和環(huán)氧樹脂都非常穩(wěn)定，即使浸泡在水中也不會(huì)發(fā)生反應(yīng)！在非常潮濕甚至浸水的條件下，它是鋼材的理想替代品。無需進(jìn)行昂貴的防腐處理或持續(xù)重新噴漆。

對(duì) X 射線透明

盡管碳纖維比鋼鐵更堅(jiān)固，但它對(duì) X 射線完全透明。沒有其他材料能將金屬的強(qiáng)度和塑料的 X 射線透明度結(jié)合起來。

在高溫天氣下不會(huì)彎曲或改變形狀

通過使用高溫環(huán)氧樹脂，碳纖維可以承受高溫和嚴(yán)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。長期以來，音樂家們一直夢(mèng)想著吉他、豎琴或小提琴能夠永不走調(diào)。碳纖維正在將這一夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，制造出在熱、冷和潮濕環(huán)境下不會(huì)膨脹或收縮的樂器。現(xiàn)在，樂器可以經(jīng)受風(fēng)吹日曬、粗暴搬運(yùn)、旅行等，而且重量更輕，使用壽命長達(dá)數(shù)十年。為碳纖維涂上一層透明涂層以保護(hù)其免受弱點(diǎn)的影響，仍然是明智之舉： 紫外線照射。不過，只要涂上適當(dāng)?shù)耐繉樱祭w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。最常見的是碳纖維與環(huán)氧樹脂系統(tǒng)搭配使用。 環(huán)氧樹脂由樹脂和固化劑兩部分化學(xué)反應(yīng)而成。 環(huán)氧樹脂固化后是一種熱固性樹脂，不會(huì)熔化或恢復(fù)到原來的成分。 這使得環(huán)氧樹脂成為一種高度耐化學(xué)腐蝕的塑料，不會(huì)隨著時(shí)間的推移而腐蝕、溶解或熔化。 這種環(huán)氧樹脂使碳纖維對(duì)大多數(shù)酒精、酸和其他化合物都具有很強(qiáng)的耐化學(xué)性。

良好的導(dǎo)熱性

在原子層面上，碳纖維是由形成木炭的相同材料--碳構(gòu)成的。由于碳纖維具有導(dǎo)熱性，因此熱量很容易沿著纖維的長度方向傳導(dǎo)。碳纖維的導(dǎo)熱系數(shù)約為 500 W/mK（瓦特/米開爾文），而鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為 200 W/mK，銅的導(dǎo)熱系數(shù)約為 400 W/mK。不過，熱量不會(huì)垂直于纖維傳導(dǎo)，因此可以通過排列纖維方向來控制熱量流過零件，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(yīng)各種幾何形狀，還需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)。但這并不是終點(diǎn)。復(fù)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(dāng) Common Fibers 公司的創(chuàng)始人開發(fā)出碳纖維鉸鏈 CF-Lex 時(shí)，這一切都改變了。一塊連續(xù)的碳纖維可以沿單一軸線彎曲，同時(shí)仍能保持其大部分抗拉強(qiáng)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(yīng)用等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。Common Fibers 公司的錢包就是這種碳纖維鉸鏈的一個(gè)實(shí)例。

視覺外觀和美學(xué)

如果說幾乎每個(gè)人都知道碳纖維的一個(gè)特性，那就是它一眼就能識(shí)別的外觀。從具侵略性的鯊魚齒紋、深度以及捕捉光線的方式來看，碳纖維都是不可錯(cuò)過的！ 提供這種迷人外觀的纖維不僅僅是裝飾，它們還是部件的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，就像昆蟲的外骨骼。無論是幾乎完全由碳纖維制成的超級(jí)跑車，還是家具上的簡單裝飾，抑或是每天隨身攜帶的錢包或小刀，碳纖維都是美麗、醒目和大膽的。 現(xiàn)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(jié)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(cè)壁磨損時(shí)保護(hù)碳纖維。泡沫可以用來增加厚度，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(fù)合材料。可能性幾乎是無窮無盡的。這就是復(fù)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(jié)論

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