选择碳纤维复合材料时，需综合考虑多个关键因素以确保材料性能与需求匹配。以下是系统化的选择指南：
1. 明确应用需求
力学性能：根据载荷类型（拉伸、压缩、弯曲、剪切等）确定强度（如抗拉强度≥500 MPa）和模量（如模量230 GPa以上）。
环境条件：温度范围（如-50℃至150℃）、湿度、化学腐蚀或紫外线暴露（需防护涂层）。
轻量化目标：对比密度（碳纤维1.5-2.0 g/cm³ vs 铝合金2.7 g/cm³），计算减重收益。
功能需求：导电性（碳纤维本身导电）、电磁屏蔽或热导率（轴向热导率可达100 W/m·K）。
2. 碳纤维类型选择
按模量分类：
标准模量（230 GPa）：成本低，适用于一般结构件（如无人机框架）。
中高模量（300-400 GPa）：航空航天部件（如卫星支架）。
高模量（>500 GPa）：高刚性需求（如准密仪器臂）。
按纤维形态：
连续纤维：承力主结构（如自行车车架）。
短切纤维：注塑成型复杂件（如汽车内饰）。
编织织物：各向异性设计（如机翼蒙皮）。
3. 树脂基体匹配
环氧树脂：常用，固化温度120-180℃，性能均衡（如T300/环氧用于体育器材）。
高温树脂：聚酰亚胺（PI）耐300℃以上，适用于发动机部件。
韧性树脂：增韧环氧，抗冲击（如汽车防撞梁）。
快速固化树脂：适用于大批量生产（如汽车SMC工艺）。
4. 增强结构设计
铺层角度：0°（主载荷方向）、±45°（抗剪切）、90°（横向增强），如直升机旋翼采用[0°/±45°]叠层。
混杂复合材料：碳纤维+玻璃纤维（成本降低20-30%），用于船舶甲板。
5. 工艺适配性
预浸料热压罐：航空级部件（如机翼），孔隙率<1%，但成本高。
RTM：中等批量汽车件（如底盘），纤维体积分数50-60%。
模压成型：短周期生产（如笔记本电脑外壳），压力10-20 MPa。
3D打印：短切纤维增强热塑性（如尼龙+碳纤维），用于快速原型。
6. 成本优化
材料成本占比：T700级碳纤维约30/kg，而T300约30/kg，而T300约20/kg。
工艺成本：自动铺丝（AFP）设备投资超$1M，适合大批量。
生命周期成本：飞机减重1kg年省燃油$300， justify高初始成本。
7. 供应商与认证
航空航天：优先Toray T800H（AS7认证）或Hexcel IM7。
汽车：西格里（SGL）的50k大丝束降低成本。
认证标准：ISO 9001（质量）、ASTM D3039（力学测试）。
8. 验证与测试
原型测试：按ASTM标准进行三点弯曲（ASTM D790）或CAI（压缩后冲击，BSS 7260）。
环境老化：85℃/85% RH下1000小时测试性能衰减。
示例选择流程
需求：赛车刹车踏板，要求抗压强度≥600 MPa，耐200℃。
选材：T700碳纤维/酚醛树脂（耐高温）。
工艺：模压成型（压力15 MPa，180℃固化）。
验证：通过SAE J2522刹车耐久测试。
通过量化指标与场景匹配，可有效锁定优碳纤维复合材料方案。建议与材料供应商合作进行DOE（实验设计）以进一步优化。
