碳纤维的 12 大独特优势

从太阳镜到钱包，我们每天都要随身携带几十种不同的配件。这些饰品可以由多种产品制成，但碳纤维作为一种耐用且引人注目的选择，正在声名鹊起。

什么是碳纤维？

碳纤维属于被称为“纤维增强塑料”的一类材料，其中还包括广泛用于船只和汽车的玻璃纤维以及因制造防弹背心而闻名的 Kevlar 等材料。将超强的碳纤维织物与先进的塑料结合在一起，可以制造出一种具有几乎不可能的特性的材料：它比铝轻，却比钢更坚固，在加热或冷却时不会改变尺寸，具有令人难以置信的硬度和刚度，而这仅仅是个开始。碳纤维的用途非常广泛，每天都有新的应用被发现。碳纤维使飞机更高效、汽车更快速、无人机更轻巧，甚至在钱包、太阳镜和皮带等许多奢侈品中也能找到碳纤维的身影。碳纤维使材料既柔软又坚固成为可能！准备好探索碳纤维这种奇特材料的众多优点和用途吧。

碳纤维产品的 12 个独特优势

决定碳纤维是否适合您的方法就是了解它的工作原理。以下是碳纤维有别于其他材料的 12 个优点！

高拉伸强度和刚度

碳纤维的强度来自于增强纤维：成千上万条微小的碳丝，这些碳丝本身具有很强的拉伸强度，但缺乏刚度和抗压性。将这些纤维悬挂在环氧树脂（一种强度高、重量轻的塑料）中，它们沿轴向变得坚硬，在拉伸和压缩时都很强。这就产生了“非各向同性”强度，即材料的强度随纤维的方向和取向而变化。这与钢材等“各向同性”材料形成鲜明对比，后者无论排列方向如何都具有相同的特性。在正确排列的情况下，碳纤维部件的强度可与最好的钢材相媲美，而重量仅为钢材的一小部分。这使得碳纤维成为铝和钢等金属合适的替代品，因为碳纤维的强度可以根据负载情况进行精确调整。

重量轻

说到重量，碳纤维是很轻的！碳纤维增强塑料并不比非增强塑料重多少。与钢材相比，整体重量减轻了约 90%。一个 70 磅重的钢制汽车引擎盖可以重新制作，重量仅为 7 磅！它比铝甚至钛还轻。例如，沃尔沃公司即将推出的 Polestar One 跑车，通过战略性地使用碳纤维，减轻了 500 多磅的重量，同时还提高了关键部位的刚度。  

适用于多种用途

除了在汽车领域的广泛应用，碳纤维还被应用于几乎所有你能想象到的领域。徒步旅行者喜欢碳纤维在背包和帐篷中的轻质特性，无人机、飞机和直升机可以显著提高动力重量比。如果碳纤维出现在豪华房车、急诊室、乐器或你的下一辆自行车中，请不要感到惊讶。事实上，碳纤维已经为上述每一种应用制造了产品！有没有试过抬起一个沙发，却希望它的重量轻一点？你不是唯一一个这样的人，碳纤维家具正开始一次次拯救过度紧张的脊椎。尽管碳纤维有点痒，但现在甚至有公司在生产碳纤维服装 T 恤！

不会生锈

大多数材料对空气和水的反应很差，除非受到保护，否则会腐蚀、氧化或分解。碳纤维不会。碳纤维和环氧树脂都非常稳定，即使浸泡在水中也不会发生反应！在非常潮湿甚至浸水的条件下，它是钢材的理想替代品。无需进行昂贵的防腐处理或持续重新喷漆。

对 X 射线透明

尽管碳纤维比钢铁更坚固，但它对 X 射线完全透明。没有其他材料能将金属的强度和塑料的 X 射线透明度结合起来。

在高温天气下不会弯曲或改变形状

通过使用高温环氧树脂，碳纤维可以承受高温和严寒，基本上不会变形或改变尺寸。这得益于碳纤维的低热膨胀特性。长期以来，音乐家们一直梦想着吉他、竖琴或小提琴能够永不走调。碳纤维正在将这一梦想变为现实，制造出在热、冷和潮湿环境下不会膨胀或收缩的乐器。现在，乐器可以经受风吹日晒、粗暴搬运、旅行等，而且重量更轻，使用寿命长达数十年。为碳纤维涂上一层透明涂层以保护其免受弱点的影响，仍然是明智之举： 紫外线照射。不过，只要涂上适当的涂层，碳纤维部件就能经受多年的日晒。

耐化学腐蚀

碳纤维（硬质）通常与聚合物基体配合使用。最常见的是碳纤维与环氧树脂系统搭配使用。 环氧树脂由树脂和固化剂两部分化学反应而成。 环氧树脂固化后是一种热固性树脂，不会熔化或恢复到原来的成分。 这使得环氧树脂成为一种高度耐化学腐蚀的塑料，不会随着时间的推移而腐蚀、溶解或熔化。 这种环氧树脂使碳纤维对大多数酒精、酸和其他化合物都具有很强的耐化学性。

良好的导热性

在原子层面上，碳纤维是由形成木炭的相同材料--碳构成的。由于碳纤维具有导热性，因此热量很容易沿着纤维的长度方向传导。碳纤维的导热系数约为 500 W/mK（瓦特/米开尔文），而铝的导热系数约为 200 W/mK，铜的导热系数约为 400 W/mK。不过，热量不会垂直于纤维传导，因此可以通过排列纤维方向来控制热量流过零件，从而产生所需的热性能。

柔韧性和延展性

在铺层工艺之前，碳纤维几乎可以制成任何形状，但要使工艺和材料适应各种几何形状，还需要丰富的经验和技术知识。但这并不是终点。复合材料既可以做成柔性的，也可以做成刚性的，但不能两者兼得。2013 年，当 Common Fibers 公司的创始人开发出碳纤维铰链 CF-Lex 时，这一切都改变了。一块连续的碳纤维可以沿单一轴线弯曲，同时仍能保持其大部分抗拉强度。碳纤维支架可以像钢材一样弯曲，时尚饰品可以做得更加炫目，还有很多新的应用等待着我们去发现。Common Fibers 公司的钱包就是这种碳纤维铰链的一个实例。

视觉外观和美学

如果说几乎每个人都知道碳纤维的一个特性，那就是它一眼就能识别的外观。从具侵略性的鲨鱼齿纹、深度以及捕捉光线的方式来看，碳纤维都是不可错过的！ 提供这种迷人外观的纤维不仅仅是装饰，它们还是部件的结构和强度，就像昆虫的外骨骼。无论是几乎完全由碳纤维制成的超级跑车，还是家具上的简单装饰，抑或是每天随身携带的钱包或小刀，碳纤维都是美丽、醒目和大胆的。 现在，碳纤维甚至可以编织成其他图案，或与其他材料（通常是凯夫拉尔纤维、玻璃纤维或麦拉纤维）一起使用，以增加一些色彩。 碳纤维本身除了黑色以外不能有其他颜色。

可与其他材料结合

铺层工艺包括将多层碳纤维夹在一起，制造商通常会选择在铺层中加入不同的材料，以创造不同的性能。例如，赛车通常会在外层添加一层凯夫拉纤维，以便在部件受到路面或侧壁磨损时保护碳纤维。泡沫可以用来增加厚度，而重量的增加却微乎其微。木材比碳纤维便宜得多，而且还能增加柔韧性和弹性。甚至还可以将金属与碳材料层压在一起，创造出复合材料。可能性几乎是无穷无尽的。这就是复合材料的魔力所在，技术人员和科学家们正在不断发明新的创新材料组合。

结论

碳纤维的优点难以计数，但我们已经尽力向您展示了选择碳纤维的十二个独特理由。尽管碳纤维已经存在了半个世纪，但仍有许多东西值得我们去探索--一旦使用碳纤维，就再也无法拒绝。