碳纤维复合材料相对金属和塑料来说，是一个稍显冷门的类别，我们对它的认知更多的停留在轻量化和高性能上面，其实它在现代社会的应用已经超过50年了。碳纤维复合材料本身并不是唯一的，可以根据碳纤维品类和基体类型而进行划分。碳纤维复合材料中，碳纤维作为增强体，可以赋予复合材料在机械性能上的多项能力，而纤维含量的占比同样不是唯一的。智上新材料就来介绍一下，在碳纤维复合材料中，纤维含量占比变化时会如何影响最终性能。
　　
 
　　碳纤维复合材料的物理基本构成
　　
　　1、碳纤维：碳纤维作为增强体，本身是以晶体结构排列的碳原子束，这种排列的结构赋予了高强度和刚度，表现出出色的抗拉强度、弯曲强度和压缩强度，同时具备一定的耐高温、耐化学腐蚀等特殊性能。
　　
　　2、树脂基体：树脂基体充分浸润碳纤维，可以与之粘合在一起，保护碳纤维免受损伤，有助于在复合材料上分散应力，保护的同时也获得了相应的性能。树脂基体分为热固性树脂和热塑性树脂两大类，目前热固性树脂更易制备，而热塑性树脂性能上限更高，且可重塑加工。
　　
　　3、添加剂和填料：为碳纤维复合材料增加特定的性能，如阻燃性、紫外线防护或热稳定性等，并不是必须的部分。
　　
 
　　纤维含量占比发生变化时，碳纤维复合材料性能会发生什么改变？
　　
　　纤维含量占比直接关乎复合材料的最终性能，因此不同的行业会选择不同纤维含量的碳纤维复合材料。高纤维含量（按体积计算的60~70%）适用于航空航天等高端行业，中纤维含量（按体积计算的40~50%）适用于体育用品，低纤维含量（按体积计算的40%以下或更低）适用于非承力的结构部件。而纤维含量发生变化时，对碳纤维复合材料的性能影响可以从以下多个方面进行详细介绍。
　　
　　1、机械性能：高纤维含量具有更高的拉伸、压缩和弯曲强度以及刚度，具备更好的强度重量比，但自身会变脆，抗冲击性能下降；低纤维含量的各项强度和刚度明显更低，但树脂基体增多后，复合材料的总体韧性会提高，吸能效果更好。
　　
　　2、热性能：高纤维含量具有更好的导热性，从而增强了复合材料的聚热散热能力，同时减少热膨胀问题，提高结构稳定性；低纤维含量使得复合材料具有不错的隔热性，但高温环境下更容易发生膨胀。
　　
　　3、耐用性：高纤维含量的碳纤维复合材料的浸润难度更大，如果浸润不充分，复合材料成型后更容易分层和开裂，自身脆性较高，在强冲击作用下会容易发生脆性损坏；低纤维含量则相反，浸润难度低，充分浸润下延展性更高，可以更好的抵抗分层和开裂，生产加工复合材料制品时容错度更高，难度有所降低。
　　
 
　　纤维含量占比发生变化时，是否影响碳纤维复合材料的制备？
　　
　　纤维含量占比发生变化会直接影响碳纤维复合材料的制备，和后续碳纤维复合材料制品的生产加工，在实际制备中，树脂的浸润、复合材料的固化成型，以及整体的结构和性能都会受到影响。
　　
　　1、树脂浸渍：高纤维含量会使得树脂想要充分浸润紧密堆积的碳纤维难度大幅提升，浸润不充分会出现空隙和干点，需要改善浸润的方式，如使用真空辅助树脂传递模塑 (VARTM) 或预浸渍等技术。整体制备难度大幅提升，时间和成本也随着增加。低纤维含量的考量想对较少，浸润难度低，降低了空隙的可能性，制造流程更简单快捷。
　　
　　2、预浸料铺层：高纤维含量在制备时需要精确放置和对齐纤维以确保结构完整性，制备时需要多层织物或单向层，增加了操作的复杂性，对铺层环节的技术要求更高，一旦操作失误，需要重新来过。低纤维含量的铺层则相对容易不少，纤维方向不需求精确对齐，铺层更容易完成。
　　
 
　　3、固化成型：高纤维含量的碳纤维复合材料在加温加压固化成型环节，因为本身的树脂较少，所以均匀分布的难度更大，固化时树脂出现流动，更容易出现薄弱点，同时温度、压力和固化时间的把控要求更高，一旦出现失误，制备的碳纤维复合材料制品在性能会出现较大的缺陷。低纤维含量则由于树脂流动和分布更容易，固化过程更简单，同时降低了固化过程中内应力集中的问题，出现缺陷的风险大幅下降。
　　
　　4、设备和经验：高纤维含量通常需要更专业的设备，如用于预浸料固化的高压釜或用于树脂注射的高压系统，同时对技术人员的经验要求更高，增加了制备过程中出现的问题的可能性。低纤维含量的碳纤维复合材料使用标准设备即可完成，同时技术人员对压力和温度的控制不用过于精确。
　　
　　5、材料和成本：高纤维含量占比的碳纤维复合材料，碳纤维部分价格较高，自然整体成本更高，另外专业设备、更有经验的技术人员等都会堆高成本，而任何一个环节的失误都会额外增加生产成本。低纤维含量占比的碳纤维复合材料在这方面自然会低一些。不过前者造价高，售价自然也比较高。
　　
 
　　智上新材料来做一个简单的总结，即纤维含量占比的不同，会不同程度的影响碳纤维复合材料的各项性能，同时对其制备和生产产生一定程度的影响。不同行业对碳纤维复合材料的性能需求各异，纤维含量占比的高低需根据实际需求而拟定。