單絲不成線

你有句話是“單絲不成線”，喻意個人力量單薄，鼓勵人們團(tuán)結(jié)；本意則是說單根絲無法變成紗線。碳纖維制品也不例外——碳纖維絲束、碳纖維繩都是由多根絲構(gòu)成。

我們知道，活性炭上孔隙的孔徑非常小，但孔隙數(shù)量多，使得活性炭具有特殊性能。碳纖維也是這樣，量變引起質(zhì)變。

（參看：什么是活性炭？什么又是硬碳？）

碳纖維絲的粗細(xì)是5-7μm（注：1μm=0.001mm），這么細(xì)的單根絲并不適合大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，這種高性能材料一般不以單根絲的形式出現(xiàn)，而是被制成碳纖維長絲紗、非連續(xù)纖維紗、機(jī)織物、編織物、針織物、氈等各種制品。

同為多根碳纖維絲制成的細(xì)長狀制品，碳纖維絲束和碳纖維繩存在區(qū)別。

左：一筒碳纖維絲束，右：一把碳纖維繩

什么是碳纖維絲束？

國內(nèi)外頭部碳纖維企業(yè)也在不斷突破高強(qiáng)度、高模量、大絲束的碳纖維制備技術(shù)。目前最先進(jìn)的碳纖維技術(shù)仍然掌握在美日等少數(shù)發(fā)達(dá)國家的幾家企業(yè)手中。

誰能率先實(shí)現(xiàn)高效低成本地生產(chǎn)高性能碳纖維絲束，誰就能在高端應(yīng)用中搶占位置，并且高端應(yīng)用的碳纖維價格也遠(yuǎn)高于普通碳纖維價格。

以2022年全球碳纖維市場需求為例，應(yīng)用于航空航天軍工的碳纖維價格是79.2美元/公斤，應(yīng)用于風(fēng)電葉片的碳纖維價格是18.5美元/公斤。

除了被用于航空航天、風(fēng)機(jī)葉片、交通等領(lǐng)域，碳纖維絲束在一些石墨硬質(zhì)復(fù)合氈的生產(chǎn)中也會被用到，起到定型、提升產(chǎn)品力學(xué)性能的作用。

什么是碳繩？

碳繩又稱“碳纖維繩”。由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫，且柔軟適合加工，碳纖維絲束也適合于制作繩索。

碳纖維繩索的加工主要有3種方法：

1.加捻法。其原理是對并合的單紗、網(wǎng)線、或繩索加以捻回的工藝。從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，很多拔河繩就是通過加捻制成的。我們可以看到拔河繩是由幾條更細(xì)的繩股加捻而成，而每一條繩股又是由數(shù)根紗加捻而來，再對這些紗細(xì)分，則是由纖維加捻而成。

按制造順序，更規(guī)范的說法是加捻可以將纖維制成紗線、將紗線制成繩股、將繩股制成繩索。如果是采用前述碳纖維絲束制作繩索，絲束本來就是多根平行的連續(xù)纖維長絲，屬于紗線，可直接加捻成為繩股。碳纖維絲束的加捻可以增強(qiáng)單絲間的抱合力、提高強(qiáng)度。

2.繩編法。編織有多種方式，其中一種編法讓碳纖維繩呈現(xiàn)像麻花辮的形態(tài)——先由3股碳纖維絲束編織成“麻花辮”，再由這樣的3股“麻花辮”以同樣的編法編成碳纖維繩。

3.三維編織法。三維編織法是在特殊的三維編織機(jī)上進(jìn)行，又可分為二步法、四步法、旋轉(zhuǎn)法編織等。其中四步法的編織過程中紗線在行和列四個方向交替運(yùn)動，移動四次為一個編織循環(huán)。

從碳纖維繩的加工中雖然能看到其他常見繩索成型的影子，但碳纖維繩畢竟具有特殊性，“好鋼用在刀刃上”。碳纖維繩可用于一些特殊領(lǐng)域，如船用纜繩、增強(qiáng)混凝土、登山用繩索等。

碳纖維繩還被作為橋梁拉索，全長377米的青島海口路跨風(fēng)河大橋上采用的12根吊桿全部為“碳纖維筋”，形似鋼筋，重量卻遠(yuǎn)低于鋼。

由于具有耐高溫等特性，碳繩在熱場中也有使用。