【專業講堂】一文簡要了解碳纖維復合材料

碳纖維增強聚合物復合材料（CFRP）是一種輕質、堅固的材料，廣泛應用于生活中的各種產品。CFRP是一個用來描述以碳纖維為主要結構成分的纖維增強復合材料的術語。值得注意的是，CFRP中的“P”也可以代表“塑料”而不是“聚合物”。

通常，碳纖維復合材料使用熱固性樹脂，如環氧樹脂、聚酯或乙烯基酯作為基體。雖然熱塑性樹脂也被用于碳纖維復合材料，但“碳纖維增強熱塑性復合材料”通常有自己的縮寫，即CFRTP復合材料。

在使用復合材料或在復合材料行業內工作時，了解術語和首字母縮寫很重要，更重要的是，有必要了解FRP復合材料的性能以及碳纖維等各種增強材料的性能。

CFRP復合材料的性能優勢碳纖維增強復合材料與傳統材料（如玻璃纖維或芳綸纖維）增強的復合材料有所不同，CFRP的明顯優勢體現在：

重量輕：使用連續玻璃纖維和70%玻璃纖維（玻璃重量/總重量）通常密度為0.065磅/立方英寸；而具有相同70%纖維重量的碳纖維復合材料的密度通常為每立方英寸0.055磅。

高強度：碳纖維復合材料不僅重量輕，而且碳纖維復合材料單位重量的強度更高。將碳纖維復合材料與玻璃纖維進行比較時確實如此，但與金屬進行比較時，情況更是如此。例如，當將鋼與CFRP進行比較時，相同強度的碳纖維結構通常僅為鋼重量的1/5；再將CFRP與鋁（使用的Z輕金屬之一）進行比較時，強度相等的鋁結構的重量可能是碳纖維結構的1.5倍。

CFRP復合材料的缺點

高成本：雖然CFRP材料驚人，但目前制約CFRP廣泛應用的根本原因在于其在許多情況下成本高昂。根據當前的市場條件（供求關系）、碳纖維的類型（航空航天與商業級）和纖維束尺寸，碳纖維的價格可能會有很大的變化。如果按照每磅價格計算，碳纖維比玻璃纖維貴5到25倍當將鋼與CFRP復合材料進行比較時，這種差異甚至更大。

高導電：這可能是碳纖維復合材料的優點，也可能是根據應用情況而定的某種缺點。碳纖維具有極高的導電性，而玻璃纖維是絕緣的。許多應用使用玻璃纖維，不能使用碳纖維或金屬，嚴格來說是因為導電性。例如，在公用事業行業中，許多產品需要使用玻璃纖維。這也是梯子使用玻璃纖維作為梯子導軌的原因之一。如果玻璃鋼梯子與電源線接觸，觸電的幾率就會低得多。CFRP梯子就不是這樣了。

盡管碳纖維復合材料的成本仍然很高，但制造業的新技術進步仍在繼續，使產品更具成本效益。希望在不遠的將來，我們將能夠看到高性價比的碳纖維被廣泛應用于消費、工業和汽車領域。