什么是单向碳纤维？

顾名思义，单向 (UD) 碳纤维中的所有纤维都以单一、平行的方向排列。纤维的 单向“取向”为其提供了所需的方向强度和刚度。

纤维精确地排列在需要最大强度的方向上，例如推进飞机的运动方向。  

这种单向取向的碳纤维通常出现在无纺布、UD预浸料或复合材料的单向层（或薄板）中。 

单向 (UD) 织物和复合材料

碳纤维经过加工形成干碳纤维织物、预浸料等制造中间体，进一步用于制造实际应用中使用的碳纤维复合材料零件。

丝束中的碳纤维可用于制作织物（编织或非编织）。根据这些纤维的取向，织物可分为不同类型，例如单向或双向、多轴、随机等。

在单向纤维中，纤维重量的很大一部分可能是单向碳纤维，通常沿经线（织物卷的垂直上下方向）方向延伸。其余部分通常是树脂粘合剂或次要材料，例如沿其他方向延伸的纬线，将纤维粘合在一起。

例如，在预浸料单向带中，纤维浸渍有树脂（如环氧树脂或乙烯基酯树脂），将平行运行的纤维锁定在一个位置。虽然 UD 碳纤维织物可用作较大结构的加固材料，但 UD 带可以局部应用以加固滑雪板等较窄的部件。 

单向复合材料也使用 UD 碳纤维织物作为增强材料。这些 UD 增强材料可以以不同的角度重叠，以获得独特的性能。UD 复合材料（具有纵向连续纤维）的强度是所有复合材料中最高的。

此外，先进复合材料的强度还归功于单向低密度层片——基质中的 UD 纤维层。 

UD碳纤维织物或复合材料的最终特性（例如强度、弹性、悬垂性等）在很大程度上受到纤维的方向和分布的影响。

但在我们讨论 UD 碳纤维的独特应用之前，值得先了解一下——是什么让它们如此独特。

单向碳纤维的特性

强度和轻量化：

• UD 纤维是完美的轻质解决方案，具有更大的纵向抗拉强度，是各向同性应用的理想选择。纤维分布越均匀，强度就越高。 
• 它可以灵活地定制 以适应与强度相关的应用——与纤维沿两个或多个方向延伸的编织织物相比，添加单层 UD 碳纤维将在所需方向上增加两倍的强度。 

刚性：

它们相当坚硬（即难以变形）——对于某些应用来说，这既是优点也是缺点，因为它们太过坚硬，不适合成为理想的轮廓材料。 

悬垂性：

单向碳纤维不适合悬垂。当它们悬垂在复杂表面上时，它们会露出缝隙、皱纹或折痕。但是，它们的悬垂性可以通过树脂灌注来改变或改善。 

可制造性：

单向纤维在铺层过程中容易散开，因为它们是非织造的。但它们的分层方式可以富有创意——许多单向纤维织物可以沿不同方向分层，以获得最大强度，而不会牺牲其硬度或重量。

加工：

无纺布不像编织布那样容易加工，因为编织布的重叠纤维相对容易反弹。而且，与编织布不同的是，单向纤维的拉力可以完全穿过，而无需交织纤维的支撑。

压接：

• 卷曲是指纤维中的波浪或起伏——卷曲越小，复合材料的机械性能越好。
• 没有横截面编织意味着纤维卷曲较少或没有卷曲 – 即纤维平放而没有任何间隙或凸起。 

相对经济：

考虑到其应用的卓越性能，UD纤维仍然相当便宜——更不用说由于其简单的生产而节省的成本。  

除了纤维单向取向所特有的许多特性外，它们显然还具有碳纤维本身的特性——如耐高温、耐化学性、耐用性、可持续性以及高电导性和热导性。

单向碳纤维的应用

UD碳纤维很少能为某种应用提供完整的解决方案，但其诸多优势却不容忽视。 

制造商可能想要考虑如何利用 UD 特性（如上所列）来生产理想的复合材料部件。而寻求坚固轻质材料的最终用户始终可以依靠单向碳纤维产品来获得惊喜。 

大多数应用将多层单向织物（或层）与其编织物相结合，以在一系列特性之间取得平衡。

在依赖相当大的前后强度的应用中可以发现 UD 碳纤维的无可争议的用途 – 从航空航天，造船和汽车到运动器材或旅行装备。 

自行车车架中使用的单向碳纤维管因其灵活性和刚性而受到骑行者的欢迎。

它们也是结构应用的极佳增强材料，可以替代金属用于建筑修复或加固。单向碳纤维的其他常见应用包括钓鱼竿、曲棍球棒、假肢刀片、船体等等。