【专业讲堂】一文详细了解单向碳纤维织物优势、缺点及用途
单向碳纤维织物概念及其优势
单向碳纤维织物是一种无纺形式的碳纤维增强材料，其特征是所有纤维都在单个平行方向上延伸。使用这种风格的织物，纤维之间没有缝隙，并且纤维平放。没有横截面编织将纤维强度在另一个方向上分成两半。这允许提供最大纵向拉伸潜能的纤维集中密度，且比任何其他织物都大。它是结构钢的纵向拉伸强度的三倍，重量密度的五分之一。
同样，由碳纤维制成的复合材料部件可在纤维颗粒方向上提供极限强度。因此，使用单向碳纤维织物作为其独家增强材料的复合材料部件仅在两个方向（沿纤维方向）提供最大的强度，并且非常坚硬。这种方向强度特性使它成为类似于木材的各向同性材料。
在零件铺放过程中，单向织物可以在不同的角度方向上重叠，以在不牺牲刚度的情况下实现多个方向的强度。在铺网过程中，单向织物可以与其他碳纤维织物编织在一起，以获得不同的方向强度特性或美观性。
单向织物的重量也很轻，比织造的同类产品还要轻。这样可以对叠层中的精密零件和精密工程进行更好的控制。同样，与机织碳纤维相比，单向碳纤维也更经济。这是由于其较低的总纤维含量和较少的编织过程。这样可以节省原本看似昂贵但高性能的零件的生产成本。
单向碳纤维织物的缺点
单向碳纤维增强材料的最大优点也是它们的最大缺点。它们不适用于要求很大的各向异性强度特性（所有方向的强度）的零件。在汽车和其他需要全方位增强强度的多维应用中使用的复合零件应使用不同的编织方式，例如平纹、斜纹或缎纹编织。
另一个潜在的缺点是，由单向碳纤维制成的复合部件具有非常平整的单颗粒表面。如果制造商希望拥有漂亮的、具有标志性的碳纤维饰面，他们通常会使用单层机织织物作为其铺层的最外层。例如，自行车车架通常是由多层单向织物制成的，这些织物以不同的方向放置以获得最大的强度和刚度，然后以3K斜纹编织碳纤维织物制成，以具有“标志性”碳纤维外观。
单向碳纤维的用途
单向加固是从正面到背面强度最重要应用的理想选择。例如，仅在向前和向后方向移动的长管状结构（例如火箭、飞机和轮船）通常使用单向碳纤维作为增强材料。
大多数用于车架的碳纤维管（例如背包、自行车）都使用单向碳纤维，因为它的重量轻且刚度高。对于娱乐和业余爱好者市场，通常也可以在模型飞机、无人机、模型船、模型火箭、自行车和娱乐棒（曲棍球、曲棍网兜球等）中找到它。
碳纤维和树脂的进步也使单向碳纤维增强材料更广泛地用于建筑和结构工程。由于碳纤维的出色强度，它是桥梁或建筑物修复等这些应用中木材或金属的理想替代品。碳纤维以其多种复合形式，减少了建造时间，提供了更长的耐用性，并使维护成本降至最低。
单向碳纤维的轻质和刚度也被用于宽阔的涡轮叶片中。增加的刚度和更轻的重量可以使叶片更长、更薄。增加的长度会导致更大的扫掠区域，并且更薄，更轻的叶片对空气流动更敏感，这两者都提供了更大的能量输出。
单向碳纤维套筒也被用于自行车车架和斗杆之外的运动中。出色的抗疲劳性，轻质和刚度的结合使单向碳纤维非常适合假肢刀片，例如残奥会短跑选手所使用的刀片。无方向性碳纤维织物也被用于短跑和骑行鞋的鞋底，以在能源效率至关重要的赛车场合中提供极高的刚度和最小的重量。
单向叠加
当使用单向增强材料时，请确保织物的光滑，仅含碳纤维的一面朝外，以获得最整洁的效果。同样，沿纤维方向散布树脂——紧贴会导致非织造纤维脱离其粘合剂。
单向湿铺最常见，真空袋工艺将提供最大的强度重量比。为了获得最佳效果，可使用真空灌注工艺以达到理想的树脂与织物的比率。与机织织物相比，由于树脂注入过程较慢，因此真空注入将稍微困难一些。