什么是锻造碳纤维？锻造复合材料终极指南

什么是锻造碳纤维？锻造复合材料终极指南

锻造碳纤维（Forged Carbon）是一种独特的碳纤维复合材料，其制造工艺和外观特征与传统编织碳纤维有显著差异。本文将深入探讨锻造碳纤维的定义、制造过程、应用场景、成本分析以及与传统碳纤维的区别，帮助读者全面了解这种先进材料的特点和优势。

1. 你已经知道的碳纤维

我们大多数人习惯于在我们喜爱的图案中看到碳纤维，它是从称为 2x2 斜纹或斜纹编织的干机织物开始的。从那里，它被放入模具中，注入树脂，然后固化成为刚性碳纤维部件。所有的说和做；一部分出来看起来像这样：

图：用真正的一级方程式赛车的零件制成的碳纤维时钟。斜纹编织碳纤维织物。

另一种常见的编织碳纤维是 1x1，也称为平纹组织。

图：碳纤维 Gear Stealth 2.0 钢笔，采用平纹碳纤维。

这些是碳纤维编织和在其最终部件中看到的一些最常见的方式。从自行车车架到特斯拉的 OEM 仪表板，这可能是您已经看到的。

2. 什么是锻造碳，也称为锻造复合材料？

锻造碳纤维与碳纤维，我们开始吧。

普通编织碳纤维和锻造碳纤维（又名锻造复合材料）之间的主要区别在于它是由糊状物或微小的短切碳纤维制成的。由于纤维完全随机定向，因此没有明显的图案，因此每个成品锻碳产品都是独一无二的。

成品与其编织对应物具有完全不同的美感，看起来更像是大理石碳纤维而不是机织织物：

3. 锻造碳纤维是如何制造的？

那么我们如何获得如此截然不同的最终产品呢？对于锻造碳/锻造复合材料，切碎的碳纤维通常被放入压缩模具中。树脂被注入里面，然后所有东西都用很大的压力一起压缩到模具中（得到它，压缩模具😛）：

图：Langzauner 液压机，生产碳纤维 SMC 零件。资料来源：复合材料世界。

这个过程类似于锻造金属，因此得名锻造碳。从技术上讲，压缩成型方法是称为伪造品的唯一真实方法。还有一些其他方法可以在不需要压缩模具的情况下获得锻造碳的外观，值得讨论。

锻造碳纤维预浸料

如果您不熟悉预浸料，这是一个非常简单的概念。通常，在制造碳纤维部件时，您会取一块干燥的织物，将其放入模具中，然后用环氧树脂灌注（也称为浸渍）材料。有一个完整的过程来确保您使用最佳的树脂与织物的比例（可能是另一篇文章的主题？）。另一方面，当您获得材料时，预浸料是用环氧树脂“预浸”的（以完美的比例）。预浸料很好，但价格昂贵，需要冷藏，如果不使用最终会过期。

回到短切纤维预浸料，这基本上会以片材的形式到达您手中，您可以将其覆盖在现有产品上或用于模具的外层，从而在不使用压缩模具的情况下获得 Forged Carbon 外观。

锻碳干布

我们发现的一种独特材料是由 Ulticarbon 制造的特殊干燥锻造碳织物。这种材料将一层短切纤维与精细的无纺碳纤维背衬融合在一起。

这将所有短切纤维巧妙地保持在一起，然后可以使用环氧树脂来完成您的项目。这是预浸料的绝佳替代品，因为没有树脂，因此不需要任何冷藏或保质期。它仍然是一种昂贵的材料，您需要能够将树脂应用于材料以制造成品部件。

以下是如何使用这种材料制造零件的示例：

手工放置切碎的纤维

最便宜的替代方法是购买短切纤维，通常按磅和不同长度出售。然后，您可以手动将这些纤维放入模具中，也可以在您只想获得美感时覆盖在现有产品上。

图：切碎的碳纤维。
资料来源：ACP 复合材料

你甚至可以像他们在这个视频中所做的那样，自己剪一块机织物：

4. 什么时候可以使用锻造碳？

除了尝试获得 Forged Carbon 外观之外，您为什么还要在机织织物上使用它？

很好的问题。我很高兴你问！选择 Forged Carbon 有两个关键原因：形状和速度。

对于机织织物，您可以制作的形状有一些限制。机织面料无法实现 90 度角之类的功能，因为您无法将材料完美地揉成一角。

铺设机织织物可能非常耗时，并且存在很大的出错空间。锻造碳可以制成任何形状（模具是您的极限），并且您可以非常快速地抽出零件。此外，您还可以制作可进一步加工的实体 3D 零件。

5. 锻造碳纤维贵吗？

当您谈论在生产环境中使用锻造碳来制造大量零件时，您需要采用上述压缩成型路线。

缺点之一是制造压缩模具的前期成本（更不用说首先进行压缩成型的能力）比标准模具贵很多倍，标准模具已经不便宜了。这是只有在您抽出大量零件时才考虑使用 Forged Carbon 的原因之一，因此您可以帮助将初始成本分摊到每个零件中。

让我们在这后面加上一些数字，这样您就可以准确地了解要思考的内容。假设制作初始压缩模具的成本为 25,000 美元。然后，制作每个零件需要 100 美元。如果您仅用该模具制造一个零件，则该零件总共将花费您 25,100 美元。如果您可以用它制造 10,000 个零件，则每个零件的成本变为 102.50 美元。在该数量下，每个零件的初始模具成本仅增加了 2.50 美元 (2.5%)。

6. 锻造碳纤维更好吗？

值得注意的是，碳纤维爱好者会指出，您可以使用标准机织织物制作更坚固的零件。机织织物可以更结实、更耐用，因为它可以控制拉伸强度和织物对齐的方向。您可以完全控制强度，而短切纤维很短，并且没有按特定方向排列。

每种方法都有其优点和缺点，实际上哪种方法更有意义取决于应用程序和最终产品。需要考虑的主要因素和要求是（排名不分先后）：

• 美学
• 实力
• 零件体积
• 形状
• 成本
• 时间

7. 锻造复合材料是如何开始的

在波音公司的一个项目中，Paolo Feraboli 博士为兰博基尼创造的锻造复合材料发明了这项技术。 2008年，费拉博利博士与卡拉威和兰博基尼同时进一步开发。

这种最初的开发导致了两个主要的产品发布。来自 Callaway 的 Diablo Octane 驱动程序：

与此同时，兰博基尼开发了一款您可能还记得的概念车，名为 Sesto Elemento：

这是兰博基尼展示 Forged Composites 如何在车辆中使用的机会，而 Sesto Elemento 就是对这一点的致敬。整个硬壳式底盘、悬架臂和大量其他零碎零件均由 Forged Composites 制成。

自该概念发布以来，兰博基尼一直在其越来越多的主流车辆中使用这种材料，例如在 Huracán Performante 中：

8. 对锻碳的需求

兰博基尼对这种材料的高度宣传确实有助于将其推向主流，并普及了 Forged Carbon 作为传统机织织物的替代品。即使在我们自己拥有生活方式产品的客户群中，我们也看到对产品的需求越来越大。