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一文详解碳纤维开纤技术的特征、材料性能优势以及常见的开纤碳纤维产品

SAKAI OVEX 公司是日本一家致力于碳纤维开纤（展纱）技术研发和产品生产的公司，早在2010年前后该公司与日本东邦Tennax（现日本帝人）合作共同开发出超轻碳纤维产品，经过碳纤维开纤处理后，产品比最薄碳纤维产品轻一半。

本文首先介绍了碳纤维材料的优异特性，随后重点围绕碳纤维开纤技术的特点，以及开纤后碳纤维及其复合材料性能优势进行了阐述，最后结合SAKAI OVEX 公司目前碳纤维开纤纱的主要产品形式进行了简述。

01、碳纤维的优异特性

碳纤维不仅具有质轻、坚固、耐腐蚀等特性，而且还具有优异的导电性、耐热性、尺寸稳定性、化学稳定性等。

机械/动态特性：

与金属等相比，比重小（1.7～2.0）且更轻。

弹性模量高（200～650GPa）和高刚性。

高强度（3000MPa～7000MPa）。

振动衰减性优异。

各向异性材料，可根据目的进行适当的结构设计。

热性能：

在惰性气氛中耐热性优异。

热膨胀系数小，尺寸稳定性好。

具有导热性。

电磁特性：

具有电磁波屏蔽性。

X射线的透过性好。

化学特性：具有优异的耐化学性。

电学特性：具有一定的导电性。

02、碳纤维的开纤技术及优势

开纤技术：又称为展纱技术，它是将碳纤维丝束在大范围内较薄且均匀地展开而制造开纤纱的技术。碳纤维是由数千至数万根长丝组成的束丝，其截面呈圆形或略扁。经过开纤后，数千至数万根长丝沿宽度方向铺展，截面呈扁平。下图显示了展纱前后，碳纤维丝束内部的截面图。

采用碳纤维开纤纱的织物主要具有以下优点：

实现薄层化，卷曲角度减小，机械性能提高

a）、由于卷曲小，树脂分散均匀

下图对比了碳纤维开纤前后，使用其织物加工的层压板结构图，其中左侧为碳纤维开纤前结构图，在使用传统碳纤维织物（3K）的层压板中，富含树脂的部分分布不均匀。而在右图使用碳纤维开纤纱织物制成的层压板中，树脂和碳纤维均匀分散，机械性能得以提高。

b）、提高碳纤维的直线度，将纤维的性能发挥到极限

未经开纤处理的碳纤维丝束较粗，表面凹凸较大，由于纤维束的弯曲，强度降低，树脂浸渍较差，层间易剥离（如下左图所示）。经过开纤处理后，碳纤维丝束内部薄、轻、凹凸不匀下降，编织角度小。具有优异的树脂浸渍性能，层间不易剥离，因此疲劳性能等显示出较高物理性能值（如下右图所示）。因此，经过开纤处理后，纤维祈福较小，并且可以缓解应力集中。