碳纤维增强聚合物

碳纤维增强聚合物，是含有碳纤维的极其坚固和轻质的纤维增强塑料。碳纤维增强聚合物的生产成本可能很高，但通常用于高强度重量比和需要刚度（刚性），例如航空航天、船舶的上层建筑、汽车、土木工程、运动器材以及越来越多的消费和技术应用。

粘合聚合物通常是热固性树脂，例如环氧树脂，但有时也使用其他热固性或热塑性聚合物，例如聚酯、乙烯基酯或尼龙。最终CFRP产品的性能可能会受到引入到粘合基质（树脂）中的添加剂类型的影响。最常见的添加剂是二氧化硅，但也可以使用其他添加剂，例如橡胶和碳纳米管。

碳纤维有时被称为石墨增强聚合物或石墨纤维增强聚合物（GFRP不太常见，因为它与玻璃（纤维）增强聚合物发生冲突）。

碳纤维增强聚合物的主要元素是碳丝；这是由聚丙烯腈(PAN)、人造丝或石油沥青等前体聚合物制成的。对于PAN或人造丝等合成聚合物，首先将前体纺成长丝纱线，使用化学和机械工艺初步排列聚合物链，以提高成品碳纤维的最终物理性能。长丝纺纱过程中使用的前体成分和机械工艺可能因制造商而异。拉伸或纺丝后，聚合物长丝纱线被加热以驱除非碳原子（碳化)，生产最终的碳纤维。碳纤维长丝纱线可以进一步处理以提高处理质量，然后缠绕到线轴上。由这些纤维制成单向片材。这些片材在准各向同性叠层中彼此层叠，例如相对于彼此成0°、+60°或-60°。

从基本纤维，可以产生双向编织片材，即具有2/2编织的斜纹布。大多数碳纤维增强聚合物的制造工艺各不相同，具体取决于所制造的部件、所需的饰面（外部光泽）以及将生产的部件数量。此外，基体的选择会对成品复合材料的性能产生深远的影响。

许多碳纤维增强聚合物零件是用单层碳纤维制成的，该碳纤维背面有玻璃纤维。一种称为斩波枪的工具用于快速创建这些复合零件。用碳纤维制成薄壳后，切碎枪将玻璃纤维卷切成较短的长度并同时喷涂树脂，从而使玻璃纤维和树脂在现场混合。树脂要么是外混，固化剂和树脂分别喷涂，要么是内混，每次使用后都需要清洗。制造方法可能包括以下内容：

生产碳纤维增强聚合物零件的一种方法是将碳纤维布片分层放入模具中，形成最终产品的形状。选择布纤维的排列和编织以优化所得材料的强度和刚度特性。然后用环氧树脂填充模具并加热或空气固化。由此产生的零件非常耐腐蚀，坚硬且坚固，适合其重量。用于不太关键区域的零件是通过将布料覆盖在模具上制成的，环氧树脂可以预浸入纤维（也称为预浸料）或在其上“涂漆”。使用单个模具的高性能零件通常是真空袋装和/或高压灭菌器-固化，因为即使材料中的小气泡也会降低强度。高压釜方法的替代方法是通过可充气气囊或非固化碳纤维内部的EPS泡沫使用内部压力。

对于需要相对较少副本的简单作品（每天1-2份），可以使用真空袋。玻璃纤维、碳纤维或铝制模具经过抛光和打蜡，并在施加织物和树脂之前施加脱模剂，然后抽真空并放在一边以使零件固化（硬化）。有三种方法可以在真空模具中将树脂涂敷到织物上。

xxx种方法是手动的，称为湿铺层，将两部分树脂混合并涂敷，然后放入模具中并放入袋中。另一种是通过灌注完成，将干燥的织物和模具放在袋子内，同时真空将树脂通过一根小管子拉入袋子，然后通过带孔的管子或类似的东西将树脂均匀地分布在整个织物上.线织机非常适合需要袋内孔的管子。这两种应用树脂的方法都需要手工操作以均匀地涂抹树脂，以获得带有非常小的针孔的光泽饰面。

第三种构造复合材料的方法称为干铺层。在这里，碳纤维材料已经用树脂（预浸料）浸渍，并以与粘合膜类似的方式应用于模具。然后将该组件置于真空中进行固化。干铺法的树脂浪费最少，并且比湿铺法可以实现更轻的结构。此外，由于较大量的树脂更难通过湿铺法渗出，因此预浸料部件通常具有较少的针孔。用最少的树脂量消除针孔通常需要使用高压釜压力来清除残余气体。

一种更快的方法是使用压缩模具，通常也称为碳纤维锻造。这是一个两件式（男性和女性）或多件式模具，通常由铝或钢以及最近的3D打印塑料制成。模具部件与织物和树脂一起被压入内腔，最终成为所需的部件。好处是整个过程的速度。一些汽车制造商，如宝马，声称能够每80秒循环一个新零件。然而，这种技术的初始成本非常高，因为模具需要非常高精度的CNC加工。

对于复杂或复杂的形状，可以使用长丝缠绕机通过将长丝缠绕在心轴或芯上来制造碳纤维增强聚合物部件。