維材料選擇需遵循多項標準，以確保產(chǎn)品質(zhì)量與性能，這些標準包括材料、工藝、設計、制造及檢測等方面，在物理性能上，需關注拉伸強度、模量等指標；力學性能方面，要考慮疲勞強度和沖擊韌性等；化學性能同樣重要，需評估耐化學腐蝕性等特性，微觀結(jié)構也是關鍵考量因素，國內(nèi)外制定了一系列檢測標準，以全面規(guī)范碳纖維材料的質(zhì)量和性能，滿足不同應用場景的需求。

一、基于制造過程相關性能的選擇標準

• 原材料方面
  • 碳纖維的制造原材料常見的有聚丙烯腈(PAN)、瀝青和人造絲。其中，PAN基碳纖維因出色性能在汽車等行業(yè)應用最為廣泛。所以如果對性能要求較高，尤其是在汽車等領域，PAN基碳纖維可能是較好選擇。例如在汽車的輕量化部件制造中，PAN基碳纖維能較好滿足強度和性能需求。
• 制造工藝階段性能
  • 預氧化階段：預氧化時原材料在200 - 300°C處理，使化學結(jié)構變化提高熱穩(wěn)定性。如果應用場景對熱穩(wěn)定性要求高，如高溫環(huán)境下工作的部件，那么要關注碳纖維在預氧化階段的處理情況，預氧化處理得好的碳纖維更適合。
  • 碳化過程：溫度升高到1000 - 1500°C，非碳元素被去除，碳含量顯著提高。對于需要高碳含量以保證高強度等性能的應用場景，要注重碳化過程完善的碳纖維。比如在航空航天領域的一些承力結(jié)構部件。
  • 石墨化步驟：溫度提升到2000 - 3000°C，使晶體結(jié)構更規(guī)整，增強力學性能。在對力學性能有嚴格要求的高端制造領域，如高端體育器材制造（如高級自行車車架等），經(jīng)過良好石墨化步驟的碳纖維更為合適。

二、基于物理性能的選擇標準

• 強度方面
  • 分為高強度碳纖維和高模量碳纖維等不同類型。如果應用場景需要承受較大拉力或壓力等外力，如建筑加固領域或者大型橋梁的拉索等結(jié)構，就需要選擇高強度碳纖維；而對于需要抵抗變形、對剛度要求高的場景，像精密儀器的支撐結(jié)構等，則可能更適合高模量碳纖維。
• 纖維直徑和編織方式
  • 較細的纖維能提供更高的強度和剛度，但成本較高。在成本預算充足且對強度和剛度要求極高的情況下，如高端賽車的車身制造等，可以考慮使用較細纖維的碳纖維。
  • 常見編織方式有平紋、斜紋和緞紋等。不同編織方式適用于不同部件和受力情況，例如平紋編織方式在需要各個方向受力相對均勻的平面部件上可能比較適用；斜紋編織可能更適合有一定方向性受力的部件；緞紋編織在對外觀光滑度要求高且受力復雜的部件上更有優(yōu)勢。

三、基于與其他材料結(jié)合性能的選擇標準

• 表面處理與樹脂結(jié)合性能
  • 碳纖維的表面處理會影響其與樹脂的結(jié)合性能，進而影響復合材料的整體性能。在制造碳纖維增強復合材料時，如果使用的樹脂與碳纖維表面處理匹配不好，會導致復合材料整體性能下降。例如在制造航空航天領域的碳纖維復合材料機翼時，就需要確保碳纖維的表面處理適合與特定的樹脂相結(jié)合，以保證機翼的強度和可靠性。

四、基于國家標準相關的選擇標準

• 我國有《碳纖維增強塑料纖維質(zhì)量含量的測定熱重分析法(TG)》(GB/T44307 - 2024)和《碳纖維和玻璃纖維組合增強塑料組分含量和孔隙含量的測定》(GB/T44308 - 2024)等標準。符合這些國家標準的碳纖維產(chǎn)品在質(zhì)量上更有保障。在選擇碳纖維材料時，可以查看產(chǎn)品是否符合相關國家標準，例如在民用航空航天產(chǎn)品制造中，選擇符合標準的碳纖維能確保產(chǎn)品的安全性和可靠性。

碳纖維預氧化處理對性能的影響

PAN基碳纖維在汽車領域的應用案例

碳纖維石墨化步驟的詳細過程

高強度與高模量碳纖維的區(qū)別