碳纖維復(fù)合材料相對金屬和塑料來說，是一個稍顯冷門的類別，我們對它的認知更多的停留在輕量化和高性能上面，其實它在現(xiàn)代社會的應(yīng)用已經(jīng)超過50年了。碳纖維復(fù)合材料本身并不是唯一的，可以根據(jù)碳纖維品類和基體類型而進行劃分。碳纖維復(fù)合材料中，碳纖維作為增強體，可以賦予復(fù)合材料在機械性能上的多項能力，而纖維含量的占比同樣不是唯一的。智上新材料就來介紹一下，在碳纖維復(fù)合材料中，纖維含量占比變化時會如何影響最終性能。
　　
 
　　碳纖維復(fù)合材料的物理基本構(gòu)成
　　
　　1、碳纖維：碳纖維作為增強體，本身是以晶體結(jié)構(gòu)排列的碳原子束，這種排列的結(jié)構(gòu)賦予了高強度和剛度，表現(xiàn)出出色的抗拉強度、彎曲強度和壓縮強度，同時具備一定的耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等特殊性能。
　　
　　2、樹脂基體：樹脂基體充分浸潤碳纖維，可以與之粘合在一起，保護碳纖維免受損傷，有助于在復(fù)合材料上分散應(yīng)力，保護的同時也獲得了相應(yīng)的性能。樹脂基體分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩大類，目前熱固性樹脂更易制備，而熱塑性樹脂性能上限更高，且可重塑加工。
　　
　　3、添加劑和填料：為碳纖維復(fù)合材料增加特定的性能，如阻燃性、紫外線防護或熱穩(wěn)定性等，并不是必須的部分。
　　
 
　　纖維含量占比發(fā)生變化時，碳纖維復(fù)合材料性能會發(fā)生什么改變？
　　
　　纖維含量占比直接關(guān)乎復(fù)合材料的最終性能，因此不同的行業(yè)會選擇不同纖維含量的碳纖維復(fù)合材料。高纖維含量（按體積計算的60~70%）適用于航空航天等高端行業(yè)，中纖維含量（按體積計算的40~50%）適用于體育用品，低纖維含量（按體積計算的40%以下或更低）適用于非承力的結(jié)構(gòu)部件。而纖維含量發(fā)生變化時，對碳纖維復(fù)合材料的性能影響可以從以下多個方面進行詳細介紹。
　　
　　1、機械性能：高纖維含量具有更高的拉伸、壓縮和彎曲強度以及剛度，具備更好的強度重量比，但自身會變脆，抗沖擊性能下降；低纖維含量的各項強度和剛度明顯更低，但樹脂基體增多后，復(fù)合材料的總體韌性會提高，吸能效果更好。
　　
　　2、熱性能：高纖維含量具有更好的導(dǎo)熱性，從而增強了復(fù)合材料的聚熱散熱能力，同時減少熱膨脹問題，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；低纖維含量使得復(fù)合材料具有不錯的隔熱性，但高溫環(huán)境下更容易發(fā)生膨脹。
　　
　　3、耐用性：高纖維含量的碳纖維復(fù)合材料的浸潤難度更大，如果浸潤不充分，復(fù)合材料成型后更容易分層和開裂，自身脆性較高，在強沖擊作用下會容易發(fā)生脆性損壞；低纖維含量則相反，浸潤難度低，充分浸潤下延展性更高，可以更好的抵抗分層和開裂，生產(chǎn)加工復(fù)合材料制品時容錯度更高，難度有所降低。
　　
 
　　纖維含量占比發(fā)生變化時，是否影響碳纖維復(fù)合材料的制備？
　　
　　纖維含量占比發(fā)生變化會直接影響碳纖維復(fù)合材料的制備，和后續(xù)碳纖維復(fù)合材料制品的生產(chǎn)加工，在實際制備中，樹脂的浸潤、復(fù)合材料的固化成型，以及整體的結(jié)構(gòu)和性能都會受到影響。
　　
　　1、樹脂浸漬：高纖維含量會使得樹脂想要充分浸潤緊密堆積的碳纖維難度大幅提升，浸潤不充分會出現(xiàn)空隙和干點，需要改善浸潤的方式，如使用真空輔助樹脂傳遞模塑 (VARTM) 或預(yù)浸漬等技術(shù)。整體制備難度大幅提升，時間和成本也隨著增加。低纖維含量的考量想對較少，浸潤難度低，降低了空隙的可能性，制造流程更簡單快捷。
　　
　　2、預(yù)浸料鋪層：高纖維含量在制備時需要精確放置和對齊纖維以確保結(jié)構(gòu)完整性，制備時需要多層織物或單向?qū)?，增加了操作的?fù)雜性，對鋪層環(huán)節(jié)的技術(shù)要求更高，一旦操作失誤，需要重新來過。低纖維含量的鋪層則相對容易不少，纖維方向不需求精確對齊，鋪層更容易完成。
　　
 
　　3、固化成型：高纖維含量的碳纖維復(fù)合材料在加溫加壓固化成型環(huán)節(jié)，因為本身的樹脂較少，所以均勻分布的難度更大，固化時樹脂出現(xiàn)流動，更容易出現(xiàn)薄弱點，同時溫度、壓力和固化時間的把控要求更高，一旦出現(xiàn)失誤，制備的碳纖維復(fù)合材料制品在性能會出現(xiàn)較大的缺陷。低纖維含量則由于樹脂流動和分布更容易，固化過程更簡單，同時降低了固化過程中內(nèi)應(yīng)力集中的問題，出現(xiàn)缺陷的風險大幅下降。
　　
　　4、設(shè)備和經(jīng)驗：高纖維含量通常需要更專業(yè)的設(shè)備，如用于預(yù)浸料固化的高壓釜或用于樹脂注射的高壓系統(tǒng)，同時對技術(shù)人員的經(jīng)驗要求更高，增加了制備過程中出現(xiàn)的問題的可能性。低纖維含量的碳纖維復(fù)合材料使用標準設(shè)備即可完成，同時技術(shù)人員對壓力和溫度的控制不用過于精確。
　　
　　5、材料和成本：高纖維含量占比的碳纖維復(fù)合材料，碳纖維部分價格較高，自然整體成本更高，另外專業(yè)設(shè)備、更有經(jīng)驗的技術(shù)人員等都會堆高成本，而任何一個環(huán)節(jié)的失誤都會額外增加生產(chǎn)成本。低纖維含量占比的碳纖維復(fù)合材料在這方面自然會低一些。不過前者造價高，售價自然也比較高。
　　
 
　　智上新材料來做一個簡單的總結(jié)，即纖維含量占比的不同，會不同程度的影響碳纖維復(fù)合材料的各項性能，同時對其制備和生產(chǎn)產(chǎn)生一定程度的影響。不同行業(yè)對碳纖維復(fù)合材料的性能需求各異，纖維含量占比的高低需根據(jù)實際需求而擬定。