碳纖維是一種輕質(zhì)高強度的材料,，在汽車和飛機上就有很多碳纖維材料組件。它可以被用來制造幾乎任何東西,，自行車,、高爾夫球桿甚至錢包，都可以用碳纖維制造,。不過由于其制備工藝的復雜性和原料的高成本,，目前碳纖維應用還不廣泛。

1,、復雜的工藝流程

碳纖維也可以被稱為“復合材料”,，它是一種非常精巧的材料，具有非常卓越的性能,。在同等尺寸大小下,，碳纖維往往比金屬的硬度更強，密度更小,，這就是為什么碳纖維常常被用于車體外板和噴射式渦輪當中的原因。硬度這個性質(zhì)其實包括了很多衡量指標,。具體來說,，碳纖維的抗張強度（即對抗拉伸的能力）是鋼的4倍，鋁的8倍,。而它抗彎曲的能力也比鋼材和鋁材大得多,。并且，盡管碳纖維強度很大,，但是它的質(zhì)量卻并不重,，相反地，碳纖維的質(zhì)量只有同體積鋼的三分之一,。

碳纖維的優(yōu)異性能得益于它的組成物和制備時添加的膠或環(huán)氧樹脂,，碳纖維是由處理過的碳素長絲制成的，碳絲的厚度比人的頭發(fā)還要細,。制備時添加的環(huán)氧樹脂能夠讓各種材料充分混合,，并“硬化”,。其制備方法大同小異，都需要經(jīng)過上述的“原絲制備和上漿”過程,。

沒有添加樹脂的原絲還稱不上是碳纖維,。將碳纖維浸泡在環(huán)氧樹脂中，并用使之成型,。長線軸中的原絲是被冷處理過的,，為了防止樹脂固化，而當這些原絲被放置在模具表面上時,，機械會瞬間加熱它,，讓它馬上固化。

在經(jīng)過原絲制備,、上漿處理后,，等到碳纖維固化了，產(chǎn)品就真正做好了,。碳纖維在固化過程中可能會發(fā)生化學反應,，生成原絲材料中不含碳的物質(zhì)，導致纖維顆粒之間的團聚作用力更加強,。

用碳纖維材料制成的渦輪組件

2,、為什么是“碳”纖維?

碳纖維往往在需要剛度和輕質(zhì)的地方卻是無可替代的，這可能是因為碳原子的特性,，科學研究表明碳原子非常容易和其他原子成鍵,。

碳元素是一種非常有意思的元素，自然界中最堅硬的東西（金剛石）是碳單質(zhì),，硬度最低的物質(zhì)之一（石墨）也是碳單質(zhì),。一般來說，用碳制備的材料和用其他單質(zhì)制得的材料物性一樣,，都跟原子/分子成鍵的方式以及原子/分子團聚的方式有關(guān),。

碳原子間的成鍵方式?jīng)Q定了材料的性質(zhì)。對石墨材料,，碳原子是一層層堆積的,，同一平面上的碳原子間所成的鍵非常強，但平面間的碳原子所成的鍵比較弱,，這使得石墨材料非常容易分離(也使得石墨導電性能非常好）,。而對于金剛石，碳原子成的鍵是三維的,，晶胞屬于四方晶格，盡管單個鍵的鍵能比石墨的鍵能要低,，但是它所有方向的鍵能都是相同的（表面原子除外）,，因此材料整體顯得堅硬得多,。

石墨的晶胞屬于六方晶系

3、織布機上開出的“碳纖維之花”

碳纖維的布狀紋理和結(jié)構(gòu)決定了它無法輕易成型,，而成型是制備過程中必須經(jīng)過的一步,。通常情況下，碳纖維是被織布機“紡織”成型的,。

不過除了這種紡織成型的方式外,，還有一種利用模具成型的方式。碳纖維“布”通常都會有特殊的紋理和圖案,，這些導致了布本身的性質(zhì)有差異,。對某種特定的布，它可能在水平和豎直方向上的抗拉強度都不錯,，但在對角線放上卻很容易發(fā)生形變,。不同的碳纖維布會在不同的軸方向上體現(xiàn)出抗拉性，但總有一個方向的抗拉強度并不高,。

盡管近幾年受到世界范圍內(nèi)石油價格波動和區(qū)域經(jīng)濟大幅度變動的影響,，以石油為主要資源的聚酯產(chǎn)業(yè)鏈依然以年均3%的發(fā)展速度增長。據(jù)分析,，近3年至今后的幾年內(nèi),，包括PET、PBT和PTT等以二元酸和二元醇為主要原料的世界聚酯產(chǎn)能將突破8000萬t,。從品種和消費統(tǒng)計來看,，PET纖維的增幅略有下降，但仍將占據(jù)總量的60%,，非纖聚酯的占比接近30%,，回收再生聚酯則占10%。2014年,，世界聚酯消耗量超過7580萬t,。

4、碳纖維的“缺陷”

碳纖維材料也有一個缺點,，那就是它的脆性可能很大,。盡管碳纖維的強度很高，但是它的晶格結(jié)構(gòu)比剛和鋁更容易破碎,。

為什么不用碳纖維來制備所有的東西呢,？跟成本有很大關(guān)系。碳纖維的制備工藝決定它并不能像其他化工產(chǎn)品一樣大量生產(chǎn),，它的工藝流程非常的復雜（包括原絲制備,，上漿，固化）,。除此之外,，碳纖維制備使用的原料也并不便宜,。

所以，這并不是碳纖維材料的問題,，只要負擔得起高昂的成本,，你可以用碳纖維制造任何你想要的物品。比如買自行車,，只要你愿意付比鋁材自行車多3到10倍的價錢,，那么你當然可以擁有一輛碳纖維自行車。在進口車輛中,，碳纖維材料非常的常見,，甚至一些非常平價的車，比如雪佛蘭科爾維特,，也使用了碳纖維材料,，只要不在意價錢，你能為你的愛車買到各種碳纖維組件,，也能為你自己買到各種碳纖維生活用品,。

特別是在航天等高科技領(lǐng)域，碳纖維的性價比是非常高的,。最新的空客和波音飛機（波音787和空客A350）的扇渦輪片都使用大量的碳纖維材料,。碳纖維卓越的性能，輕質(zhì),、強度高,，完全抵消了制造成本高的瑕疵。波音公司在787的生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn),，通常碳纖維材料并不像金屬材料一樣會出現(xiàn)焊接紋或裂紋,，而在42架等待交付的飛機的翼板上卻發(fā)現(xiàn)碳纖維材料出現(xiàn)了應力破裂，因而不得不返工,，原因顯示在縫隙間沒有填充墊片,，導致應力過大?？磥硇虏牧系膽靡彩且豁椇苡刑魬?zhàn)性的工作,。

新聞來源：新材料在線