你了解么？碳纤维的世界竟是如此神奇！_青岛银辉加固工程有限公司

你了解么？碳纤维的世界竟是如此神奇！

发布时间： 2018-10-24 点击：

碳纤维是一种轻质高强度的材料，在汽车和飞机上就有很多碳纤维材料组件。它可以被用来制造几乎任何东西，自行车、高尔夫球杆甚至钱包，都可以用碳纤维制造。不过由于其制备工艺的复杂性和原料的高成本，目前碳纤维应用还不广泛。本文青岛碳纤维加固小编通用研究中心所见到的跟碳纤维材料有关的有趣知识。

青岛碳纤维加固小编通用全球研究中心，图中的自动化机械化正在将碳纤维放置在模具上。

复杂的工艺流程

碳纤维也可以被称为“复合材料”，复合材料是指两种或两种以上的物质以一种特殊的方式结合起来的材料，它常常综合了组成材料的优良性质。在通用电气研究中心时，我们在复合材料制备实验室中呆了很长的时间，见识了里面数不清的复合材料，从玻璃到金属，应有尽有。不过，接下来我将主要介绍碳纤维。

碳纤维是一种非常精巧的材料，它具有非常卓越的性能。在同等尺寸大小下，碳纤维往往比金属的硬度更强，密度更小，这就是为什么碳纤维常常被用于车体外板和喷射式涡轮当中的原因。硬度这个性质其实包括了很多衡量指标。具体来说，碳纤维的抗张强度（即对抗拉伸的能力）是钢的4倍，铝的8倍。而它抗弯曲的能力也比钢材和铝材大得多。并且，尽管碳纤维强度很大，但是它的质量却并不重，相反地，碳纤维的质量只有同体积钢的三分之一。

碳纤维的优异性能得益于它的组成物和制备时添加的胶或环氧树脂，碳纤维是由处理过的碳素长丝制成的，碳丝的厚度比人的头发还要细。制备时添加的环氧树脂能够让各种材料充分混合，并“硬化”。碳纤维的制备方法大同小异，都需要经过上述的“原丝制备和上浆”过程。

通常，在制备碳纤维时，你需要用到一个模具，用来放置碳纤维。在莫尼黑，我们见到的是机器人将碳纤维沿着一块大塑料板放置。但同样也存在非机械的人工放置碳纤维的处理方法。

为什么是“碳”纤维?

复合材料常常是能用一系列不同的材料合成的，在莫尼黑实验室中也能见到不少，但碳纤维往往在需要刚度和轻质的地方却是无可替代的。这可能是因为碳原子的特性，科学研究表明碳原子非常容易和其他原子成键。

碳元素是一种非常有意思的元素，自然界中最坚硬的东西（金刚石）是碳单质，硬度最低的物质之一（石墨）也是碳单质。一般来说，用碳制备的材料和用其他单质制得的材料物性一样，都跟原子/分子成键的方式以及原子/分子团聚的方式有关。在这里，我们不谈太高深的化学知识，仅做简单类比：碳原子的成键方式是多种多样的，就像六面都有双头螺钉的乐高积木一样，成键选择非常的多。

碳原子间的成键方式决定了材料的性质。对石墨材料，碳原子是一层层堆积的，同一平面上的碳原子间所成的键非常强，但平面间的碳原子所成的键比较弱，这使得石墨材料非常容易分离(也使得石墨导电性能非常好）。而对于金刚石，碳原子成的键是三维的，晶胞属于四方晶格，尽管单个键的键能比石墨的键能要低，但是它所有方向的键能都是相同的（表面原子除外），因此材料整体显得坚硬得多。