了解碳纤维织物 – 最常见的三种编织类型

碳纤维织物

碳纤维织物与棉和尼龙等传统纺织品类似，由连续碳纤维长丝制成。这些长丝被捆成丝束，并根据其所含长丝数量进行分类（例如，3k 代表 3,000 根长丝）。与由短纤维纺成的典型织物线不同，碳纤维织物由长而连续的长丝组成。通过将这些织物与树脂基质层压，可以生产出坚固而轻质的复合材料，适用于从航空航天到运动器材等各种应用。

复合材料的强度和刚度在很大程度上取决于这些纤维的方向，从而显著影响其机械和热特性。将更多纤维排列在施加负载的方向上可增强材料在该方向上的性能。因此，与纤维与负载方向平行排列的机织织物相比，纤维随机排列的复合材料（如短切无纺布）的刚度通常较低。

碳纤维增强聚合物复合材料广泛应用于生产各种航空部件，如襟翼、副翼和起落架舱门等航空领域使用的产品。除了航空航天，这些复合材料还应用于其他多个领域，包括住宅建筑、海事、汽车和体育产业。

“碳纤维织物”一词广义上涵盖了由碳纤维制成的各种形式的纺织品，并根据其编织或排列模式进行分类，包括编织、非编织和单向排列，每种方式都具有独特的性能和应用。

碳纤维织物的类型

单向碳纤维：这种形式下，所有碳纤维都朝同一方向延伸。它在纤维排列方向上具有高强度，但需要在各个方向上分层才能实现多向强度。

编织碳纤维：这是最常见的类型，由编织各种图案（如平纹、斜纹或缎纹）的碳纤维制成，从而形成一种二维坚固且具有独特美感的织物。

无纺碳纤维：这种类型的碳纤维随机定向或以垫子形式排列，没有特定的编织方式。它用于需要在所有方向上具有均匀强度而不需要编织结构的应用。它们在所有方向上都具有均匀的性能，但与编织织物相比，机械性能通常较低。然而，无纺布可以设计成满足某些应用的特定性能标准，并且它们的各向同性特性在需要所有方向均匀性能的应用中可能是一种优势。

单向碳纤维

单向 (UD) 碳纤维织物的设计使所有纤维都以单一平行方向排列，从而增强了该特定方向的强度和刚度。这种纤维的战略性排列对于需要沿特定轴获得最大强度的应用至关重要，例如飞机的运动方向。这些材料以无纺布、UD 预浸料和复合材料中的单向层等形式存在，是制造用于各种实际应用的碳纤维复合部件不可或缺的材料。

单向碳纤维

UD 织物的成分通常包括大量沿经线方向排列的碳纤维，辅以树脂粘合剂或用于将纤维粘合在一起的辅助材料。这种设置对于制造 UD 碳纤维带和织物至关重要，这些织物可在各种应用中提供局部或结构加固，从而提供一种量身定制的方法来充分利用碳纤维的固有强度和特性。

编织碳纤维布

编织碳纤维是由纤维丝束相互交织而成的网络。将来自丝束（或纱线）的原始碳纤维编织在一起，制成碳纤维织物（或碳纤维布）。碳纤维的不同密度将决定强度，从而决定最终的织物或复合材料应用。

碳纤维丝束被称为“经线”和“纬线”。纬线束（或填充物）插入经线束上方和下方，形成“编织物”。

编织碳纤维可以是双向（或双轴）或多向的。双向编织碳纤维的纤维取向有两个不同的方向，通常是经线和纬线方向垂直，分别为 0° 和 90°。

碳纤维丝束在水平和垂直方向上编织在一起，因此可以将织物充分地固定在一起。但是，边缘仍然需要保持完整，并且可以在需要的地方使用一些粘合材料。这种碳纤维取向使得所得织物或复合材料在任何一个方向上的整体强度较低，但在所有方向上的强度都更加均衡。

编织碳纤维织物有许多不同的图案，例如平纹、斜纹和缎纹，具有不同的悬垂性和可处理性。每种编织物的卷曲度略有不同。硬度较高的平纹织物将更灵活，因此硬度相对较低。

织物的悬垂性取决于编织类型（或互锁纤维）。它们可以模制成适合复杂的曲率，同时保持其理想的性能。例如，斜纹编织比具有更多横截面纤维的平纹编织更脆弱。但与此同时，斜纹编织碳纤维能够比平纹编织更有效地遵循轮廓。

然后将编织碳纤维浸渍以形成“层”，然后进一步分层并固化以制成“复合材料”。编织碳纤维复合材料是通过将这些编织织物铺层与兼容树脂一起注入而制备的。

在悬垂性和制造便利性至关重要的应用中，编织碳纤维织物比单向碳纤维更受欢迎。在大多数结构加固应用中，编织碳纤维织物在现场层压以制备用于修复的复合材料。编织增强材料可以承受所有方向的张力，同时为原始结构增加一点体积，并且由于其防水特性而更受欢迎。编织碳纤维的其他高性能应用包括航空航天（机身、方向舵等）、汽车（如摩托车零件）、医疗、体育（滑雪板、球拍）、海洋和军事工业。