碳纖維復合材料基礎知識：分類、構造及使用方法

一、CFRP的種類和構造

碳纖維增強復合材料（CFRP）是如何制造出來的呢？就讓我們從碳纖維說起。碳纖維只是一種纖維，只用它是無法制造出部件的。所以，碳纖維要和樹脂一起制成復合材料使用。根據所用樹脂種類的不同，以及碳纖維品種、狀態（可制成織物及短纖維等多種形態）的不同，制成的CFRP的特性也大不相同。單是主要的中間基材（成型材料）就有4種。這些中間基材及成型材料對應的主要成型方法也不一樣。

二、熱硬化性熱可塑性

CFRP使用的樹脂有兩大類，一類是環氧樹脂及非飽和聚酯樹脂等熱硬化性樹脂，另一類是聚丙烯（PP）及聚酰胺（PA）等熱可塑性樹脂。這兩種樹脂的特性有所不同。

熱硬化性樹脂在碳纖維浸漬階段為低粘度單體，之后，隨著成型時的加熱發生聚合，變成聚合物（樹脂）。由于聚合反應需要一定時間，因此成型周期通常較長。利用制造飛機結構件時使用的熱壓罐法，加熱時間達到2～4小時。

而使用熱可塑性樹脂時，其成型與通常的樹脂成型基本相同，小尺寸部件的射出成型可在10秒內完成，即便是非常大的大尺寸部件的沖壓成型，也可在1分～數分內完成。由于加工效率高，因此可輕松實現低成本化。不過，與熱硬化樹脂相比，熱可塑性樹脂的熔融粘度較高，所以加工大尺寸部件時必須使用大型沖壓機。 

三、多種多樣的CFRP

豐田在2010年12月至2012年12月限期生產500輛的“雷克薩斯LFA”上，大膽地使用了輕量材料，尤其是CFRP，使該車如同一件CFRP展品。雖然該車已經停止銷售，但這款車已成為根據部位的不同區分使用多種CFRP的典型案例。

側板及儀表板等主要結構件使用的是預浸料，充分運用了預浸料的高剛性和高強度。前面板、車頂及發動機罩等大尺寸部件采用由RTM（樹脂傳遞成型）法制成的成型品。對外觀要求高的外板及碰撞時吸收沖擊的沖撞盒也采用了RTM成型品。此外，外板等大量使用了玻璃纖維強化型SMC（片狀模壓料），C柱和后部地板也采用了碳纖維強化型SMC。