纖維增強復合材料已經有超過50多年的應用史，但是直到近期它們才在消費類應用中變得普遍，尤其是碳纖維增強塑料（CFRP），現已用于超級跑車和高性能運動器材以及特殊應用中，下面鑫材泰克小編與大家分享碳纖維復合材料的性能與成本成本優勢，除了美學價值外，碳纖維復合材料還可用于制造重量更輕的零件和堅固的結構，并獲得優越的性能。CFRP通常是以碳纖維為增強體，熱固性樹脂（以環氧樹脂居多）為基體制備的復合材料，纖維比樹脂基體具有更優異力學性能。編織碳纖維增強板材的比強度和模量與金屬鋁、木材（橡木）、鋼和塑料（高密度聚乙烯），碳纖維板材的強度幾乎是鋁的四倍、比硬木和鋼更是高出近一個數量級。

    在一些必須要輕量化的應用領域，可使用碳纖維代替鋁。另外，由于碳纖維比鋁具有更高的模量或剛度，因此零件通?？梢杂酶俚牟牧现瞥伞Ｒ虼?，高性能的自行車車架幾乎全部是碳纖維。它的密度較小，并且框架可以做得更薄，性能提升兩倍。而且，可以針對框架的各個部件來定制剛度。碳纖維為大多數應用增加了美學價值，在表面上展現出獨特的編織圖案。橡木單位重量的強度只是碳纖維的10％，但木材成本低，因此多用于需要考慮成本的領域。實際上，木材與天然纖維復合材料非常相似，并且與復合材料一樣，其顯示的特性在不同方向上也有所不同。木材是可再生的且可生物降解。但是，CFRPs比木材更耐用，并且對水分的耐受性和中等的熱循環性能都很高。鋼材作為原材料便宜很多，易于制造、連接、維修和循環利用，并且可以進行合金化和熱處理以產生廣的材料性能。但是，低碳鋼的密度大約是碳纖維的五倍，比強度只有8％。因此，兩種材料的應用很少重疊。顧名思義，“碳纖維增強塑料”是指聚合物基復合材料，其中纖維承擔大部分載荷。CFRP的比模量比高密度聚乙烯高60倍以上，比強度幾乎高20倍。大多數CFRP由熱熔膠或固化時發生不可逆化學變化的聚合物制成。HDPE是一種熱塑性塑料，在高溫下會熔化，但在冷卻后會恢復其原始狀態。熱塑性塑料的制造便宜得多，特別是大批量生產時更容易加工和回收。但是，熱塑性塑料的機械性能通常不如環氧樹脂和其他熱固性塑料。

    制造CFRP零件會面臨著一些挑戰。由于碳纖維單絲直徑約為人發直徑的十分之一，通常碳纖維束是由成千上萬根單絲捆在一起形成絲束，然后將其編織，展開成帶狀或簡單地纏繞成線軸。航空級碳纖維在應用時，將樹脂施加到絲束織物（或膠帶）上制成預浸料。但是，許多應用是從干碳纖維開始的，并且必須通過稱為濕法鋪網的過程或類似的液體成型技術來手動施加樹脂。真空袋用于去除殘留的空氣，并在固化過程中實現碳纖維層的壓實和樹脂固化，可通過去除空氣和揮發物來減少零件的孔隙率。對于一些特殊領域的工業應用，復合部件也可以在高壓釜中進行固化，這些主要用于要求較高性能的航空航天工業，但由于高昂的資本和運營成本，通常很少在其他工業領域使用，飛機機身采用真空袋壓工藝。

    由于必須手動放置和裝袋層，因此復雜的零件需要耗費大量勞動力，此外，由于厚度超過兩英寸的零件很難固化，從而限制了CFRP在某些領域應用。后期加工也變得很困難，因為基本切削刀具磨損很快，必須經常更換，否則各層之間可能會分層，從而損害了零件的結構完整性。對于平板而言，原材料占了大部分成本。圖4顯示了使用真空袋壓制造的0.1平方米和2.5平方米CFRP板的成本明細。對于一塊2.5平方米的面板，單單是原材料一項的成本就超過95％。按照理論模型計算，一塊0.1平方米CFRP面板的成本超過150美元，而相比之下6英寸x 24英寸（0.09平方米）的鋁制6061面板成本約為30美元。

    近年來，碳纖維在越來越多的領域中實現了應用，其原因在于在這些應用中，由于部件更輕、強度更高超過了額外的加工成本。因此，CFRP零件與比鋼、鋁、木材和高性能塑料相比，具有明顯的高比強度和高模量。然而，由于所需的原材料和勞動力成本很高，它們仍然很昂貴。