專業知識:什么是碳纖維單向織物
碳纖維單向織物是一種無紡形式的碳纖維增強材料,其特征是所有纖維都在單個平行方向上延伸。使用這種風格的織物,纖維之間沒有縫隙,并且纖維平放。沒有橫截面編織將纖維強度在另一個方向上分成兩半。這允許提供大縱向拉伸潛能的纖維集中密度,且比任何其他織物都大。它是結構鋼的縱向拉伸強度的三倍,重量密度的五分之一。
在零件鋪放過程中,單向織物可以在不同的角度方向上重疊,以在不犧牲剛度的情況下實現多個方向的強度。在鋪網過程中,單向織物可以與其他碳纖維織物編織在一起,以獲得不同的方向強度特性或美觀性。
另一個潛在的缺點是,由單向碳纖維制成的復合部件具有非常平整的單顆粒表面。如果制造商希望擁有漂亮的、具有標志性的碳纖維飾面,他們通常會使用單層機織織物作為其鋪層的外層。例如,自行車車架通常是由多層單向織物制成的,這些織物以不同的方向放置以獲得大的強度和剛度,然后以3K斜紋編織碳纖維織物制成,以具有“標志性”碳纖維外觀。
大多數用于車架的碳纖維管(例如背包、自行車)都使用單向碳纖維,因為它的重量輕且剛度高。對于娛樂和業余愛好者市場,通常也可以在模型飛機、無人機、模型船、模型火箭、自行車和娛樂棒(曲棍球、曲棍網兜球等)中找到它。
碳纖維和樹脂的進步也使單向碳纖維增強材料更廣泛地用于建筑和結構工程。由于碳纖維的出色強度,它是橋梁或建筑物修復等這些應用中木材或金屬的理想替代品。碳纖維以其多種復合形式,減少了建造時間,提供了更長的耐用性,并使維護成本降至低。
單向碳纖維的輕質和剛度也被用于寬闊的渦輪葉片中。增加的剛度和更輕的重量可以使葉片更長、更薄。增加的長度會導致更大的掃掠區域,并且更薄,更輕的葉片對空氣流動更敏感,這兩者都提供了更大的能量輸出。
單向濕鋪常見,真空袋工藝將提供大的強度重量比。為了獲得佳效果,可使用真空灌注工藝以達到理想的樹脂與織物的比率。與機織織物相比,由于樹脂注入過程較慢,因此真空注入將稍微困難一些。(主要參考fibre glast)

同樣,由碳纖維制成的復合材料部件可在纖維顆粒方向上提供極限強度。因此,使用單向碳纖維織物作為其獨家增強材料的復合材料部件僅在兩個方向(沿纖維方向)提供大的強度,并且非常堅硬。這種方向強度特性使它成為類似于木材的各向同性材料。
在零件鋪放過程中,單向織物可以在不同的角度方向上重疊,以在不犧牲剛度的情況下實現多個方向的強度。在鋪網過程中,單向織物可以與其他碳纖維織物編織在一起,以獲得不同的方向強度特性或美觀性。
單向織物的重量也很輕,比織造的同類產品還要輕。這樣可以對疊層中的精密零件和精密工程進行更好的控制。同樣,與機織碳纖維相比,單向碳纖維也更經濟。這是由于其較低的總纖維含量和較少的編織過程。這樣可以節省原本看似昂貴但高性能的零件的生產成本。
碳纖維單向增強材料的大優點也是它們的大缺點。它們不適用于要求很大的各向異性強度特性(所有方向的強度)的零件。在汽車和其他需要全方位增強強度的多維應用中使用的復合零件應使用不同的編織方式,例如平紋、斜紋或緞紋編織。
另一個潛在的缺點是,由單向碳纖維制成的復合部件具有非常平整的單顆粒表面。如果制造商希望擁有漂亮的、具有標志性的碳纖維飾面,他們通常會使用單層機織織物作為其鋪層的外層。例如,自行車車架通常是由多層單向織物制成的,這些織物以不同的方向放置以獲得大的強度和剛度,然后以3K斜紋編織碳纖維織物制成,以具有“標志性”碳纖維外觀。
單向加固是從正面到背面強度重要應用的理想選擇。例如,僅在向前和向后方向移動的長管狀結構(例如火箭、飛機和輪船)通常使用單向碳纖維作為增強材料。
大多數用于車架的碳纖維管(例如背包、自行車)都使用單向碳纖維,因為它的重量輕且剛度高。對于娛樂和業余愛好者市場,通常也可以在模型飛機、無人機、模型船、模型火箭、自行車和娛樂棒(曲棍球、曲棍網兜球等)中找到它。
碳纖維和樹脂的進步也使單向碳纖維增強材料更廣泛地用于建筑和結構工程。由于碳纖維的出色強度,它是橋梁或建筑物修復等這些應用中木材或金屬的理想替代品。碳纖維以其多種復合形式,減少了建造時間,提供了更長的耐用性,并使維護成本降至低。
單向碳纖維的輕質和剛度也被用于寬闊的渦輪葉片中。增加的剛度和更輕的重量可以使葉片更長、更薄。增加的長度會導致更大的掃掠區域,并且更薄,更輕的葉片對空氣流動更敏感,這兩者都提供了更大的能量輸出。
單向碳纖維套筒也被用于自行車車架和斗桿之外的運動中。出色的抗疲勞性,輕質和剛度的結合使單向碳纖維非常適合假肢刀片,例如殘奧會短跑選手所使用的刀片。無方向性碳纖維織物也被用于短跑和騎行鞋的鞋底,以在能源效率至關重要的賽車場合中提供極高的剛度和小的重量。
Fibre Glast目前主要提供四種碳纖維單向織物,分別使用日本東麗公司T700S型和美國Hexcel公司IM7型碳纖維為原材料,在單向織物中,纖維由微量的聚酯粘合劑粘合,其組成不到整體結構的3%。其他品牌的單向織物有時在粘合劑中有輕微的織入和織出,這不是真正的單向織物,因為即使是輕微的編織也會降低單向大強度。
Fibre Glast所有纖維單向織物均為12英寸寬。這種寬度易于使用,因為它們可以并排放置,形成無縫的終零件。這也使它們更容易儲存、攜帶和運輸??椢锸褂玫奶祭w維拉伸模量至少為33.4Msi,具有優異的剛度,而拉伸強度至少為711 Ksi。通常碳纖維織物越重,用于增加厚度的纖維用量越多,而終復合材料結構件的強度也越高。此外,像其他織物一樣,可以鋪上額外的層以增加強度。
當使用單向增強材料時,應確保織物的光滑,僅含碳纖維的一面朝外,以獲得整潔的效果。同樣,沿纖維方向散布樹脂——緊貼會導致非織造纖維脫離其粘合劑。
單向濕鋪常見,真空袋工藝將提供大的強度重量比。為了獲得佳效果,可使用真空灌注工藝以達到理想的樹脂與織物的比率。與機織織物相比,由于樹脂注入過程較慢,因此真空注入將稍微困難一些。(主要參考fibre glast)










































