材料科普，为你解读碳纤维材料特点及制造过程

坦嘉精密TANJA 2019-08-22 08:24:19

碳纤维，大家都经常听说起，即熟悉又陌生它是一种高性能材料，既有碳材料硬的固有特性，又有纺织纤维柔的加工特性，被称为材料之王。碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。

经常用在飞机，火箭，防弹车上的高端材料。碳纤维在汽车上的应用最早是在F1赛车上。现在也用在民用汽车上，涂着黑漆，故意露出黑色编制花纹的碳纤维组件，开着就是拉风。

纤维材料超轻，柔软的特性，怎么做成坚固的汽车部件的？碳纤维昂贵的价格用在汽车上怎么降低成本？

碳纤维技术最好的是日本和美国，日本是世纪上碳纤维生产最大的国家，日本碳纤维产能占世界一半。

1880年爱迪生发明了碳纤维，没错就是那个发明灯泡的爱迪生。在实验灯丝的时候就发现了碳纤维，经过100多年的发展，2010年宝马在i3,i8上使用了碳纤维，开启了碳纤维在汽车上的应用。

作为增强材料的碳纤维和基体材料的树脂组成了碳纤维复合材料。

碳纤维用在汽车框架，座椅，机舱盖，传动轴，后视镜等车身上，汽车用碳纤维有几大优势

轻量化：目前很火的电动汽车，由于受限于电池技术续航里程短成为制约其发展的瓶颈，就只能从车身结构和材料替换上解决。碳纤维复合材料重量比钢轻1/2,比铝轻1/3，最直接的影响是续航里程长，更加的节能

舒适性：碳纤维的柔软拉伸性能，对整车的噪音振动控制有很好的提升，会大幅提升汽车的舒适性。

可靠性：碳纤维具有更高的疲劳强度，碰撞吸能性好，在减轻车辆重量的同时还能保住强度和安全性，降低了轻量化后带来的安全风险系数。

提高寿命：汽车上一些配件要求耐腐蚀，要经过高温，低寒，烟雾的考验，普通金属件不能保证不同环境下的使用寿命。碳纤维不存在腐蚀和生锈问题，就增强了汽车部件的使用寿命。

碳纤维的制造过程

拉丝：把原材料经过加热，它是增强材料：缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等。树脂基体，及各种填料。，挤压形成凝胶形状的丝条，塑料纤维是用数千条计的细丝组成。

稳定：经过400度加热氧化，使热塑性大分子转换成耐热性结构。使其在高温下不融不燃，保持纤维形状，热力处于稳定状态碳化：加温1千-2千度将非碳原子驱离，随着高温氧化变成黑色，再经过碳化炉碳原子结合在纤维上。

石墨化：平行的长丝在经过带电腐蚀表面以便更好的吸收树脂，用几百根纤维组成纤维网，树脂涂布与纤维网同时进入机器内加热树脂吸附在纤维网上，通过挤压树脂渗入到纤维网丝内，冷却后液态树脂就成凝胶状。

原理就如同把一张纸完全粘贴成一叠厚厚的纸堆，纸堆就会变得坚固。

提到碳纤维我都会想到是坚固，轻便并且价格昂贵（相对于钢材和铝产品）例如用在F1赛车等高端产品上，但现在有在民用汽车上，其实碳纤维是广义的物质统称，衍生出来的复合类材质很多。

不同的复合材料根据碳化率不同高温热处理温度成本也不一样，从而生不同碳纤维材料之间的价格也会相差很大。随着技术的发展，应用范围变大，更多资金的投入，回收再利用技术的成熟，碳纤维的成本会进一步下降。碳纤维复合材料在汽车上的应用会越来越多。

因此，碳纤维在汽车领域的应用会越来越广泛，将来汽车的排放会越来越低碳，而汽车本身将越来越“高碳”。未来颠覆汽车的两个技术就是，碳纤维新材料，智能化。