提起碳纖維，很多人都會(huì)感覺陌生又熟悉。熟悉的是好像處處都能聽到碳纖維這種材料，陌生的是碳纖維具體在哪些方面有所應(yīng)用，又難以一時(shí)間說出來。

其實(shí)在復(fù)合材料大家族中，纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹脂復(fù)合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進(jìn)，碳纖維的應(yīng)用也隨之不斷擴(kuò)展。

01什么是碳纖維？

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)過一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成，含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高性能纖維，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代的增強(qiáng)纖維材料。

通俗的來說，碳纖維就是普通的纖維塑料經(jīng)過碳化構(gòu)造出來的新型復(fù)合新材料。

02碳纖維的性質(zhì)

這種材料六七根捆在一起才有一根頭發(fā)那么細(xì)。

就是這么纖細(xì)的材料，它的比重不到鋼的1/4，硬度卻是鋼鐵的八九倍，而且還可以隨意變形。

碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。

碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。

限制這種材料大面積使用的主要制約因素還是由于其過于復(fù)雜的工藝流程與原材料抬高了價(jià)格，而且這種材料雖然好，卻也有一個(gè)致命的缺陷——碳纖維具有不可修復(fù)性。

這使得本來就昂貴的碳纖維造物變得像藝術(shù)品一樣脆弱，像跑車中的碳纖維零部件，受到的損傷都是不可修復(fù)的，只能整套換。

03碳纖維的應(yīng)用

碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。

碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。

在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。

碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

隨著尖端技術(shù)對(duì)新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。

80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時(shí)也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進(jìn)入一個(gè)高級(jí)階段。

由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。

因?yàn)楹教祜w行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。

所以，在航空航天工業(yè)中爭(zhēng)相采用先進(jìn)復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。

現(xiàn)如今在航空航天領(lǐng)域最主要的應(yīng)用還是在于工業(yè)化民用飛機(jī)領(lǐng)域，一來飛機(jī)不容易受損，二來飛機(jī)受損必然是要整體進(jìn)行更換的，其重量輕，硬度高的特點(diǎn)得到了最大的發(fā)揮。

F1（世界一級(jí)方程錦標(biāo)賽）賽車，車身大部分結(jié)構(gòu)都用碳纖維材料。

頂級(jí)跑車的一大賣點(diǎn)也是周身使用碳纖維，用以提高氣動(dòng)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

像跑車內(nèi)部的駕駛艙一般都是使用碳纖維制作，就算車出現(xiàn)重大事故，一般的外殼受損，駕駛艙也能保證完好無(wú)損。

04碳纖維在我國(guó)的發(fā)展

歐美日企業(yè)早在上個(gè)世紀(jì)七十年代就已經(jīng)大力研發(fā)碳纖維，彼時(shí)的碳纖維還未得到發(fā)展，只是作為美國(guó)航空航天戰(zhàn)略的備用材料之一，因其在惡劣的環(huán)境中出色的表現(xiàn)而逐漸得到研發(fā)與重視。

我國(guó)的碳纖維材料與我國(guó)的其他新材料面臨著相同的處境——起步晚，科研力量比較薄弱。

但中國(guó)一直在新材料領(lǐng)域大步前行，重點(diǎn)發(fā)展，碳纖維也是國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目之一。

而從需求結(jié)構(gòu)來看，2020年我國(guó)碳纖維下游需求主要來源于風(fēng)電葉片以及體育休閑，需求量分別為2、1.46萬(wàn)噸。

從需求增速來看，碳碳復(fù)材、風(fēng)電葉片及壓力容器這三個(gè)領(lǐng)域的需求增速排在前列，同比增速分別為150％、44.93％、33.33％。

“碳中和”與“碳達(dá)峰”等政策落地，清潔能源發(fā)展力度加碼，風(fēng)電、氫能、光伏均迎來發(fā)展機(jī)遇，將是我國(guó)碳纖維需求高速成長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

在日常生活中，由于其輕便而堅(jiān)固的特點(diǎn)，性質(zhì)穩(wěn)定，在很多產(chǎn)品中都能有不俗的表現(xiàn)，如在體育用品中，高端網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、釣魚桿等。

在音樂器材中，碳纖維吉他不僅重量輕，耐用，發(fā)音效果還很好。

而在高端的產(chǎn)品中，往往都會(huì)用碳纖維制品做裝飾材料，讓其擁有高質(zhì)感的外觀。

好的頭盔也往往會(huì)摻雜一些碳纖維，使其更加輕便耐用。

目前碳纖維由于成本過高只能往往出現(xiàn)在高端產(chǎn)品中，行業(yè)研究的主要方向還是集中在降低材料成本與提高材料性能方面。（來源：嚴(yán)說一點(diǎn)）

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