碳纤维研习社：从性能角度看碳纤维纹路

在认识碳纤维制品时，很多人看到具有碳纤维纹路的制品第一感觉就是酷，具有时尚科技感。所以出现很多追求碳纤维纹路外观的制品，在淘宝网搜碳纤维出现最多的便是碳纤维贴纸，这是一种印有碳纤维纹路的贴纸，跟碳纤维八竿子打不着的关系。但是拿碳纤维纹路当做装饰品，未免大材小用。其实碳纤维小小的纹路下边，蕴含着巨大的秘密。今天我们就来探讨不同碳纤维纹路来做碳纤维制品有什么不一样。

首先我们知道，碳纤维制造的时候，并不是一根一根的生产的，而是一束一束的，那么每一束包含的碳纤维数量可能会有些差异，但是通常可分为1000根、3000根、6000根、12000根，也就是我们熟悉的1k、3k、6k、12k等概念。

碳纤维通常以机织织物的形式出现，这使得它更易于使用，并可以根据应用提供额外强度。因此，有许多用于碳纤维织物的编织。最常见的是平纹，斜纹和缎纹，我们将分别详细介绍。

平纹编织

平纹碳纤维板看起来很对称，并具有小棋盘风格的外观。在这种编织中，丝束以上/下模式编织。隔行丝束之间的间隔很小，使平纹组织具有很高的稳定性。织物的稳定性是织物保持其编织角度和纤维取向的能力。由于具有很高的稳定性，所以平纹不太适合用于具有复杂轮廓的叠层，它不会像其他一些编织一样柔韧。通常，平纹织物适合于平板，管子和2D曲线结构的外观。

这种编织图案的一个缺点是由于交织之间的距离很短，所以丝束中的卷曲很大（编织时纤维形成的角度，见下图）。这种弯曲会产生应力集中，随着时间的流逝会削弱零件的强度。

斜纹编织

斜纹是介于平纹编织和缎纹编织之间的一种编织，缎纹我们将在下面进行讨论。斜纹布具有良好的柔韧性，可以成型为复杂的轮廓，并且在保持织物稳定性方面比缎纹编织更好，但不如平纹编织。如果您以斜纹编织方式跟随一根丝束，则它会经过一定数量的丝束上去，然后经过相同数量的丝束下去。上方/下方图案会形成对角线箭头外观，称为“斜纹线”。相较于平纹编织，拖曳交错之间的距离更长，意味着卷曲更少，潜在的应力集中也更少。

2×2斜纹布可能是业内最知名的碳纤维编织。它用于许多外观和装饰应用中，但也具有出色的功能，它具有适度的可成型性和适度的稳定性。就像2×2名称所表示的那样，每个丝束将经过2个丝束下去，然后经过2个丝束上来。同样，4×4斜纹布将经过4个丝束下去，然后经过4个丝束上来。它具有比2×2斜纹布略高的可成形性，因为编织不那么紧密，但稳定性也较低。

缎纹编织

缎纹编织在织物中历史很早，早期用于制造具有出色悬垂性的丝绸织物，同时看起来也很顺滑和无缝。对于复合材料，这种悬垂性意味着它可以轻松地形成并包裹复杂的轮廓。由于织物的易成型性，因此其稳定性低。常见的线束缎纹编织有4线束缎纹（4HS），5­线束缎纹（5HS）和8线束缎纹（8HS）。随着缎纹编织数量的增加，可成形性将增加，织物稳定性将下降。

线束缎纹名称中的数字表示经过向上和经过向下丝束总数。对于4HS，它将超过3个丝束向上，然后经过1个丝束向下。对于5HS，它将超过4个丝束向上，然后经过1个丝束向下，而8HS将经过7个丝束向上，然后经过1个丝束向下。

展宽丝束和标准丝束

单向布碳纤维没有弯曲状态，可以很好地承受力，编织布丝束需要在正交方向上下弯曲，强度下降会很厉害。所以当纤维丝束上下编织以形成织物时，由于丝束中的卷曲，强度降低了。当您将标准丝束中的丝束数量从3k增加到6k时，丝束变得更大（更厚），弯曲角度也变得更大。避免这种情况的一种方法是将细丝展开成更宽的丝束，这被称为展开丝束，做出来的布也叫展宽布，这样做有很多好处。

展宽丝束的卷曲角度比标准丝束的编织角度小，从而通过增加平滑度来减少交叉缺陷。较小的弯曲角度将导致较高的强度。与单向材料相比，铺展的丝束材料也更易于使用，并且仍然具有相当好的纤维拉伸强度。

单向布

单向布行业内也叫UD布，顾名思义，uni的意思是一个，所有的纤维都朝向相同的方向。这使单向（UD）织物具有一些高强度优势。UD织物不是机织织物，没有卷曲的交织的丝束。只有高度取向连续的纤维可以增加强度和刚度。另一个好处是能够通过调整铺层角度和铺层比例来控制制品强度。自行车车架使用单向布优化铺层结构，从而调节性能就是一个很好的例子。车架必须在底部支架区域内保持刚度和刚度，将车手的动力传递给车轮，但车架还需要具有一定的柔韧性和柔韧性。使用单向布，您可以选择碳纤维的精确方向以获得所需的强度。

单向布的一个主要缺点是可操作性差。单向布往往在铺层过程中很容易散开，因为它没有交织的纤维将其固定在一起。如果纤维放置不正确，几乎不可能再次正确地重新定位它们。单向布裁切也会引起问题。如果在切割特定地方有任何纤维拉起，那些松散的纤维会一直拉到整个布面。通常，如果选择单向布进行铺层，则将平纹、斜纹、缎纹编织织物用于第一层和最后一层，以帮助提高可加工性和零件耐久性。在中间层，则是用单向布精确控制整个部件的强度。