碳纤维织法详解：类型、应用与优势

若您曾好奇为何一块碳纤维外观不同于另一块，您并不孤单。碳纤维有多种织法，各服务于不同目的，并非仅为美观。

碳纤维由聚丙烯腈（PAN）、粘胶等前驱体制成。前驱纤维经化学处理、加热拉伸、碳化，形成高强纤维。这些纤维或称丝束按所含碳丝数量捆绑成束，称为束。常见束规格3k、6k、12k、15k。“k”指千，故3k束含3,000碳丝。标准3k束宽约0.125英寸，如此小空间内聚集大量纤维。6k束含6,000碳丝，12k含12,000丝，以此类推。如此大量高强纤维捆绑在一起，使碳纤维成为如此强韧材料。

编织碳纤维

碳纤维通常以编织织物形式出现，使其更易加工并视应用可提供额外结构强度。因此碳纤维织物有多种织法。最常见为平纹、斜纹、缎纹，下文详述。

平纹织法

平纹碳纤维板外观对称，呈小棋盘风格。此织法纱束按上/下模式交织。交织间距短赋予平纹高稳定性。织物稳定性指维持织物角度与纤维取向能力。因高稳定性，平纹不适合复杂轮廓铺层，不如其他织法柔顺。通常平纹织物适合平板、管材、二维曲面。

此织法缺点之一是交织间距短导致纱束严重屈曲（纤维编织时角度，见下）。严重屈曲可产生应力集中，长期削弱零件。

斜纹织法

斜纹在平纹与后述缎纹间架桥。斜纹有良好柔顺性可贴合复杂轮廓，维持织物稳定性优于缎纹但不及平纹。跟踪斜纹中一根纱束，它跨过设定数量纱束再跨下相同数量。上/下模式形成对角箭头外观，称“斜纹线”。纱束交织间距较长意味比平纹更少屈曲、更少潜在应力集中。

2×2斜纹

4×4斜纹

2×2斜纹可能是行业最知名碳纤维织法。用于许多外观装饰应用，也具出色功能性，兼具中等成型性与稳定性。顾名思义，每根纱束跨过2根再跨下2根。同理4×4斜纹跨过4根再跨下4根。成型性略优于2×2斜纹，因织法不那么紧，但稳定性也稍低。

缎纹织法

缎纹织法数千年前为制造丝绸织物而设计，具极佳垂坠性、外观光滑无缝。对复合材料，垂坠性意味易成型包裹复杂轮廓。因织物极易成型，意料之中稳定性低。常见缎纹为4片缎（4HS）、5片缎（5HS）、8片缎（8HS）。缎纹编号增加，成型性增强、织物稳定性降低。

4HS

5HS

8HS

缎纹名称数字指跨过再跨下的纱束总数。4HS跨过3根再跨下1根。5HS跨过4根再跨下1根，8HS跨过7根再跨下1根。

铺宽束与标准束对比

铺宽束材料可在单向材料与标准编织材料间达成良好妥协。纱束编织上下形成织物时，因纱束屈曲强度降低。标准束纱束丝数从3k增至6k等时，纱束变大（变厚）屈曲角变严重。避免此法之一是将丝展开成更宽束，称铺宽束，有几个益处。

铺宽束提供比标准束织法更小屈曲角、通过增加光滑度减少交叉缺陷。更低屈曲角带来更高强度。铺宽束也比单向材料更易加工，仍有合理防纤维拔起能力。

铺宽束平纹织法

铺宽束斜纹织法

单向材料

顾名思义，uni即一，所有纤维取向同一方向。这赋予单向（UD）织物高强度优势。UD织物非编织，无交织纤维屈曲削弱结构。而是连续纤维增强强度与刚度。另一优势是铺层控制更精准以调校性能特征。自行车车架是UD织物调校性能好例。车架底托区需刚性传递骑手动力至车轮，但车架也需顺应柔韧避免折磨骑手。UD材料可精准选取纤维方向获取所需强度。

UD主要缺点在于可加工性。铺层过程UD极易散开，因无交织纤维维系。纤维放错几乎不可能正确重新定向。加工UD织物零件也可能致问题。若切削特征处有纤维拔起，松散纤维可贯穿整个零件。通常若UD材料选为铺层，首尾层用编织材料辅助可加工性与零件耐用性。从爱好者无人机机架到生产火箭零件皆如此。若喜欢此文或有其他问题，请下方评论。来源参考：https://store.acpsales.com/products/3495/woven-fabric-style-guide