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原創 | 扒一扒碳纖維性能參數里的隱藏屬性！

2019-01-02 12:25:47 作者：本網整理來源：碳纖維研習社分享至：

離散系數

第一項先來說說離散系數，也就是我們經常提出的CV值。通常碳纖維廠商的產品參數表里面是不會有這一項的。這個只是行業內部進行交流的參數。不過這個參數確實影響著碳纖維的使用效果。我們通常所說國產碳纖維質量不穩定，說的也是離散系數太大。那么什么叫離散系數呢？離散系數又叫變異系數，表征的是兩組數據偏離程度的參數。打個比方，今天生產出來的碳纖維測一測強度，和昨天生產出來的碳纖維測得的強度進行對比，如果兩組數據相差過大，那就是離散系數太大，說明產品質量不穩定。由于是科普文，我也不準備列公式深入探討，你只要記住一個形象的例子：打靶。打靶的時候我們的目標是靶心，但實際上打出來的位置都會有偏離，如果偏離靶心比較大，那就是離散系數大，偏離靶心小，那就是離散系數比較小。

可這些又有什么用呢？復合材料有一大特點就是結構可設計性，我們可以根據工件的要求不同，對其進行精確地纖維鋪層等方面的設計，最高效的發揮材料的優勢。這里的精確設計要求我們必須準確的知道材料的性能參數。但如果是離散系數過大的碳纖維，也就是我們說質量不穩定的碳纖維，那么精確設計就無從下手。就像用一雙顫抖的手去穿針引線一樣困難?？梢哉f沒有質量穩定的碳纖維，就沒有高性能的復合材料。

CV值得重要性絕對不亞于我們通常關注的強度和模量。所以蘇格拉偉（微信號：zahawe）的觀點是，寧可強度不高，也不要質量不穩定。只要質量穩定，哪怕強度不高，我也可以通過結構設計去彌補，這才能體現復合材料的精確設計這一優勢。

如果說做出碳纖維需要3-4年，那么將質量穩定則需要10-20年的摸索。這個質量穩定階段將是碳纖維企業黎明前最黑暗的時刻，尤其對我們國內碳纖維生產企業來講，更是如此。我們生產出T300，國外將同等級別碳纖維價格降得很低，而中國做不出來的碳纖維價格卻很高，以此補貼低級別碳纖維。這樣國內使碳纖維企業難以生存，大多數熬不過黎明前最黑暗的時刻。在摸索質量穩定這個階段，既要保證開工率，又要忍受巨額虧損。個人力量不行，需要國家的扶持。有消息稱日本東麗碳纖維CV值能做到1%以下，而中復神鷹目前做到5%已是相當不錯的成績了，希望這個黑暗時刻盡量短些，再短些。

當然，離散系數影響最大的還是作為結構部件的應用。那些喜歡開發外觀件的朋友和制品企業，做包覆，做非結構件，可以選用國產碳纖維。也算是為國家碳纖維事業出一把力氣。

上漿劑種類和上漿量

第二項說說上漿劑類型和上漿量。為了保證碳纖維在運輸和使用過程中不被磨損，起毛，在碳纖維生產線最后都會給碳纖維加上漿劑用以保護碳纖維。上漿劑也承擔著纖維和樹脂結合的作用，起初用作復合材料的樹脂大多為環氧樹脂，所以東麗公司的上漿劑也多為環氧樹脂。隨著使用領域的要求變化，現在有不同的上漿劑類型的碳纖維可以選擇。

上漿劑與前驅體是不同廠家碳纖維產品很重要的區分點，各家均有自己的配方，對外基本保密。通常上漿劑的量為碳纖維重量的0.5-5%，它可以保護碳纖維在編織、展紗、預浸過程中不受損壞磨損，也可以防止纖維起毛。更重要的是它是碳纖維與基體結合的紐帶。通常來講上漿劑的組分要與基體樹脂相適應，才能更好的形成強結合。關于表面處理和上漿劑更深入的知識，可以參考張相一博士2015年1月22日晚上做客碳纖維理想聯盟微信群所做的報告。更早時候安徽首文碳纖維公司的宋會青和東華大學材料學院呂永根教授均做過相關介紹，如果您感興趣可以查看“碳纖維資訊”微信平臺（cfrp888）的歷史文章，或者加蘇格拉偉微信（微信號：zahawe）?，F在國外有一些碳纖維生產廠家可以根據客戶需求和使用的基體樹脂定制上漿劑，已達到最好的使用效果。

關于上漿量，如果上漿劑量過小，那么纖維集束性一般，如果上漿劑量過大，碳纖維的柔韌性降低，那么在編織、展紗過程中，開纖比較困難。

斷裂伸長率

第三項是斷裂伸長率。這一參數是包含在碳纖維的性能參數中的。但是在使用碳纖維過程中人們過分關注強度和模量，通常忽略了斷裂伸長率這一參數。斷裂伸長率就是碳纖維在拉斷時伸長量和原來長度的比值，通常用百分比表示。T300的斷裂伸長率為1.5%，意思就是100米T300碳纖維拉斷時，長度會伸長1.5米。通常斷裂伸長率與碳纖維的模量是負相關，例如M46模量是436GPa，斷裂伸長率是1%，M60模量是588GPa，斷裂伸長率是0.7%。但這個也不絕對，像T400的模量比T300模量高20GPa，但是斷裂伸長率卻為1.8%。

可是斷裂伸長率有什么用呢？這個涉及到復合材料的沖擊強度，相同條件的碳纖維，斷裂伸長率大的碳纖維復合材料可吸收更多的能量。沖擊強度可以看做單位截面破壞時消耗的能量。撇開面積因素，我們考察能量。能量=力×距離。力是強度因素，就是應力；距離就是形變因素，比如斷裂伸長率。這樣，兩個具有相同強度的碳纖維，斷裂伸長率大吸收更多的能量。在汽車的保險杠等部件中，我們希望它在受到撞擊的時候吸收更多的能量，以保護車內人員的安全。所以這個參數就可作為復合材料結構設計的一個重要參考。

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責任編輯：韓鑫

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