化學(xué)是復(fù)合藝術(shù)前沿的一門學(xué)科。化學(xué)與理解復(fù)合纖維的尺寸、測量、分組和編織方式有關(guān)。化學(xué)用于當(dāng)今制造的所有復(fù)合材料中，并為復(fù)合材料設(shè)計(jì)的未來指明了道路?；瘜W(xué)與尺寸、強(qiáng)度、模量、粘合……一切有關(guān)！

我們將探討化學(xué)對復(fù)合纖維和織物的影響，我們解釋了纖維的制造方法、纖維加工的影響以及如何測量每種織物以供當(dāng)今市場使用。還要理解文章中描述的的所有縮寫詞。

碳纖維

碳纖維源自當(dāng)今使用的大多數(shù)應(yīng)用中的聚丙烯腈 (PAN) 長絲。這些纖維富含碳，這將為當(dāng)今世界所享有的材料特性奠定基礎(chǔ)。PAN長絲被紡成并經(jīng)過一系列拉伸和加熱過程以生產(chǎn)碳纖維。最后對這些纖維進(jìn)行一系列熱處理。熱處理的溫度將決定碳纖維的特性，例如這些碳纖維的尺寸、模量和強(qiáng)度。1500-1600℃ 的低溫?zé)崽幚懋a(chǎn)生更高強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)模量的纖維。另一方面，隨著熱處理溫度的升高（高達(dá) ~3000℃），纖維內(nèi)的雜質(zhì)被燒掉，碳纖維實(shí)現(xiàn)更高程度的石墨化或結(jié)晶。這歸因于最終具有更高模量的更細(xì)纖維。作為權(quán)衡，熱量會(huì)降低纖維的整體強(qiáng)度，并且碳纖維會(huì)變得更脆。

以上是與各種熱處理溫度暴露相比的單個(gè)碳纖維的模量和強(qiáng)度數(shù)據(jù)的參考。請注意，隨著溫度的升高，模量會(huì)隨著整體強(qiáng)度的降低而增加。在 ~3000 oF 之后，強(qiáng)度差異很小，而模量繼續(xù)攀升。當(dāng)復(fù)合材料部件需要最大剛度時(shí)，可以通過使用高模量或超高模量級纖維最有效地實(shí)現(xiàn)。今天選擇的大多數(shù)織物都在標(biāo)準(zhǔn)模量到中等模量纖維的范圍內(nèi)。

熱處理完成后，碳纖維被放入稱為“Tow”或“Tow Bundles”的纖維組中。絲束是碳纖維繩，其特征在于其中承載了多少纖維。碳纖維織物和膠帶的絲束尺寸通常定義為 1K、3K、6K、12K 甚至 18K，用于特種織物。K 代表織物內(nèi)每根絲束中有多少根纖維。

熱處理和纖維上漿的差異是例如 6K 中間模量纖維可能與 3K 標(biāo)準(zhǔn)模量纖維具有相同尺寸/重量的原因。中間模量絲束中的纖維將比 3K 標(biāo)準(zhǔn)模量纖維和絲束更細(xì)，因此更輕。

凱夫拉

凱夫拉等芳綸是由紡成紗線的纖維制成的，然后制成今天常用的織物。根據(jù)零件的需要，有多種纖維可供選擇，為紗線和織物提供無限可能。在 3種主要光纖類型中，可以說使用 凱夫拉進(jìn)行測量最為復(fù)雜。

凱夫拉織物，作為層壓板中使用的復(fù)合產(chǎn)品，通常由其層密度定義：通常通過將總織物重量除以材料層或材料卷的表面積來測量。使用的單位是克每平方米 (GSM) 或盎司 (Oz) 每平方米。雖然織物的密度（gsm / oz 等級）是復(fù)合材料行業(yè)中所有織物的關(guān)鍵測量值，但凱夫拉纖維/織物的特征與碳纖維有很大不同?？椢锏拿芏戎皇莿潅丝赡軄碜?Kevlar Fabrics 的真實(shí)材料特性的表面。

除了在復(fù)合材料中使用織物外，凱夫拉還經(jīng)常以紗線或“絲束”的形式進(jìn)行營銷和銷售。機(jī)織或斜紋織物的前體。紗線形式的凱夫拉通常用于防火服裝、繩索、電纜、賽車裝備和高壓容器。測量單個(gè)紗線的特性可能幾乎與表征織物的特性一樣復(fù)雜。雖然紗線在每種織物中都非常接近“絲束”，但其中存在一個(gè)重要區(qū)別。

捻

碳纖維中的絲束是未加捻的纖維束，而凱夫拉紗是由將連續(xù)纖維加捻在一起制成的。隨著紗線捻度的增加，其特性會(huì)發(fā)生變化，紗線變得更硬，并且通常具有更高的模量。

旦尼爾和分特

在紗線中，denier、dtex 或簡單的“d”等術(shù)語通常用于描述紗線的尺寸。尺寸由定義長度上的重量決定。這些單位/測量值來自紡織行業(yè)的歷史，并通過線密度或簡單定義長度上的質(zhì)量來定義紗線。取一英寸或一碼的紗線并嘗試稱重紗線根本不像測量更長數(shù)量的紗線那樣可行。反過來，工業(yè)界創(chuàng)造了“丹尼爾”作為描述線性密度的一種方式。描述了線性密度，只是以不同的長度單位。線密度是一個(gè)重要的度量單位，它表征織物的強(qiáng)度和模量，它還掌握著制造零件需要多少樹脂的關(guān)鍵。以下是 Denier 和 Dtex 的描述和關(guān)聯(lián)方式：

旦尼爾 (d) – 9,000 米長的紗線克數(shù)

分特 (dtex) – 10,000 米長的紗線克數(shù)

（1 分特 = 0.9 旦尼爾）

Kevlar 織物的基線約為 1500 d，但變化很大。在較薄的織物中，旦尼爾可能小于 200d。這意味著該織物將使用更少的樹脂，并且總體上是一種更薄、更輕的層，用于可能需要減輕重量的區(qū)域。大多數(shù)情況下，不同的旦尼爾測量值是因?yàn)榧喚€中使用了不同的凱夫拉纖維類型。纖維和紗線已經(jīng)過測試，可在織物中獲得最佳效果。在較重的一端，Kevlar 旦尼爾測量值可能高達(dá)3000d。常用于無卷曲織物，這些織物會(huì)吸收更多的樹脂并賦予更硬/更柔韌的材料特性。

棕褐色 Kevlar 織物 2×2 斜紋編織 1500d 50″/127cm 6.2oz/210gsm

凱夫拉的顏色是棕褐色，盡管凱夫拉最常見的是黃色。織物具有 2×2 斜紋編織圖案，旦尼爾為 1500。這意味著斜紋中使用的紗線在 9000 米長的紗線中重 1500 克。50 英寸/127 厘米代表織物片材的寬度。斜紋織物的總密度為每平方米6.2盎司，每平方米210克。

EPI 與 PPI

人們可能會(huì)注意到織物中顯示了一個(gè)新數(shù)字，“18 epi X 30 ppi”

EPI- 每英寸端數(shù)（經(jīng)向）

PPI- 每英寸緯紗（緯紗）

如果要在這種織物上畫一個(gè) 1" x 1" 的正方形并將其放在放大鏡下，他們會(huì)在每邊找到一定數(shù)量的線頭和針頭。這是每個(gè)方向上該英寸內(nèi)的絲束或紗線的數(shù)量。在這種織物中，每英寸織物有 (18) 根單獨(dú)的 3K 碳纖維絲束，每英寸織物有 (30) 根 940d 尺寸的紗線。

玻璃纖維

玻璃纖維產(chǎn)品主要來自2種纖維類型，E-Glass 和 S-Glass。E-Glass以全面堅(jiān)固和廉價(jià)著稱，而S-Glass具有更好的材料強(qiáng)度和模量能力，但成本更高。一旦 E-Glass 或 S-Glass 長絲變成纖維，它們就會(huì)以2種不同的方式排列。長絲可用于制造連續(xù)纖維，可紡成紗線或短切為短切原絲氈 (CSM) 中使用的不連續(xù)纖維。連續(xù)纖維中的紗線通常在工業(yè)中用于制造機(jī)織織物。這兩種類型在各自的用途中都有優(yōu)勢。

所有玻璃纖維通常由其層密度定義；通常通過將總織物重量除以層的表面積來測量。使用的單位是克每平方米 (GSM) 或盎司 (Oz) 每平方米。

分離連續(xù)纖維的其他標(biāo)準(zhǔn)是面料和粗紗。 布通常較薄，更容易形成復(fù)雜的形狀，而粗紗可迅速增加厚度和剛性，以疊合零件。