碳纤维及应用领域

碳纤维及应用领域

隆炬碳纤 2022-01-16 21:50

提起碳纤维，很多人都会感觉陌生又熟悉。熟悉的是好像处处都能听到碳纤维这种材料，陌生的是碳纤维具体在哪些方面有所应用，又难以一时间说出来。
其实在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，碳纤维的应用也随之不断扩展。

01什么是碳纤维？
碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代的增强纤维材料。通俗的来说，碳纤维就是普通的纤维塑料经过碳化构造出来的新型复合新材料。

02碳纤维的性质
这种材料六七根捆在一起才有一根头发那么细。就是这么纤细的材料，它的比重不到钢的1/4，硬度却是钢铁的8-9倍，而且还可以随意变形。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3.5Gpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为2.3~4.3Gpa亦高于钢。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。

限制这种材料大面积使用的主要制约因素还是由于其过于复杂的工艺流程与原材料抬高了价格，且这种材料虽然好，却有一个致命的缺陷——碳纤维具有不可修复性。这使得本来就昂贵的碳纤维造物变得像艺术品一样脆弱，像跑车中的碳纤维零部件，受到的损伤都是不可修复的，只能整套换。

03碳纤维的应用
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。
 

现如今在航空航天领域最主要的应用还是在于工业化民用飞机领域，一来飞机不容易受损，二来飞机受损必然是要整体进行更换的，其重量轻，硬度高的特点得到了最大的发挥。F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。

顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度。像跑车内部的驾驶舱一般都是使用碳纤维制作，就算车出现重大事故，一般的外壳受损，驾驶舱也能保证完好无损。

04碳纤维在我国的发展
欧美日企业早在上个世纪七十年代就已经大力研发碳纤维，彼时的碳纤维还未得到发展，只是作为美国航空航天战略的备用材料之一，因其在恶劣的环境中出色的表现而逐渐得到研发与重视。
我国的碳纤维材料与我国的其他新材料面临着相同的处境——起步晚，科研力量比较薄弱。但中国一直在新材料领域大步前行，重点发展，碳纤维也是国家的重点发展项目之一。而从需求结构来看，2020年我国碳纤维下游需求主要来源于风电叶片以及体育休闲，需求量分别为2、1.46万吨。从需求增速来看，碳碳复材、风电叶片及压力容器这三个领域的需求增速排在前列，同比增速分别为150％、44.93％、33.33％。

“碳中和”与“碳达峰”等政策落地，清洁能源发展力度加码，风电、氢能、光伏均迎来发展机遇，将是我国碳纤维需求高速成长的主要驱动力。在日常生活中，由于其轻便而坚固的特点，性质稳定，在很多产品中都能有不俗的表现，如在体育用品中，高端网球拍、高尔夫球杆、钓鱼杆等。

在音乐器材中，碳纤维吉他不仅重量轻，耐用，发音效果还很好。

在高端的产品中，都会用碳纤维制品做装饰材料，让其拥有高质感的外观。

好的头盔也往往会掺杂一些碳纤维，使其更加轻便耐用。

目前碳纤维由于成本过高只能往往出现在高端产品中，行业研究的主要方向还是集中在降低材料成本与提高材料性能方面。免责声明∶本公众号部分文章和图片来源于网络，发布的文章仅用于碳纤维及相关行业知识和市场资讯的交流与分享，不用于任何商业目的。任何组织或个人对文章版权或内容的真实性、准确性存在疑义，请第一时间联系我们，我们将及时进行处理。