碳纤维作为一种新型高性能材料，具有巨大的市场需求和发展潜力

发布日期：2023-08-15 浏览次数：3

　　碳纤维：一种轻巧而强韧的新材料你可能听说过碳纤维，它是一种被广泛应用于各种领域的新型材料，从航空航天到汽车，从体育用品到建筑工程，它都有着不可替代的作用。那么，碳纤维到底是什么?它有什么特点和优势?它又是如何制造和使用的呢?本文将为你介绍碳纤维的基本概念、性能、分类、应用和发展前景，让你对这种神奇的材料有一个全面的了解。

　　什么是碳纤维?

　　碳纤维(carbon fiber，简称CF)是一种含碳量在90%以上的高分子纤维状碳材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。

　　碳纤维的分子结构介于石墨与金刚石之间。目前公认的碳纤维结构是由沿纤维轴高度取向的二维乱层石墨组成。微晶的形状、大小、取向以及排列方式与纤维的制备工艺相关。²碳纤维由皮层、芯层及中间过渡区组成。皮层：微晶较大，排列有序。芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀。

　　碳纤维有什么性能?

　　碳纤维是一种力学性能优异的新材料。其比重不到钢的1/4.比铝还要轻，强度却是钢的10倍。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低等特点，可以称为新材料之王。¹碳纤维耐高温，在几千摄氏度的环境中，绝大部分材料都将融化、变形，甚至焚毁，但碳纤维却能丝毫无恙。

　　碳纤维长方向表现出很高的强度,它的弯曲性能良好，耐弯曲疲劳，可以纺织成网状或者布状。将其做加强筋，与环氧树脂做成复合材料，应用性能非常优秀。

　　碳纤维还有耐磨擦, 耐腐蚀，导电, 导热等优良性质。

　　碳纤维有哪些分类?

　　按原丝类型分类，碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。其中以PAN基碳纤维最为常见和重要，其产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。¹按碳纤维性能分类，碳纤维可分为高强度碳纤维、高模量碳纤维、中模量碳纤维、耐火材料、碳质纤维和石墨纤维等。不同种类的碳纤维在拉伸强度和弹性模量上有所差异，一般来说，高温处理的碳纤维具有更高的模量和更低的强度。

　　按碳纤维的功能分类，碳纤维可分为结构用碳纤维和功能用碳纤维。结构用碳纤维主要利用其高强度、高模量、低密度等特点，与树脂或金属等基体材料复合，制成各种形状的结构件，用于航空航天、汽车、建筑等领域。功能用碳纤维主要利用其导电、导热、吸波、储能等特点，与其他材料组合，制成各种功能性材料，用于电子、电池、传感器等领域。³## 碳纤维有哪些应用?

　　碳纤维的应用非常广泛，涉及到许多工业和民用领域。以下是一些典型的应用案例：- 航空航天领域：碳纤维复合材料凭借耐烧蚀和轻质高强的特点被广泛应用于火箭、导弹和卫星上，是不可替代的关键材料。例如火箭发射卫星，每减重1公斤，就会节省500公斤燃料。¹ 碳纤维复合材料也被广泛应用于战斗机和直升机的机体、主翼、尾翼、刹车片及蒙皮等部位，结实牢固，替代钢铁，减轻机重，降低油耗，还起到隐身作用。¹- 汽车领域：碳纤维复合材料用于汽车，代替部分金属，车身轻质化是今后的发展方向，据说汽车质量减少100公斤，每百公里可节约0.6L燃油，二氧化碳排放可减少约10g/Km。¹ 碳纤维复合材料还可以提高汽车的安全性能和操控性能，提升汽车的档次和美观。

　　- 体育用品领域：碳纤维复合材料被广泛应用于各种体育器械和运动装备中，如高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、自行车架、滑雪板、钓竿等。¹ 碳纤维复合材料可以提高器械的强度和刚度，降低器械的重量和震动，提高运动员的竞技水平和舒适感。

　　- 建筑工程领域：碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强中。³ 碳纤维具有良好的抗抗震性能，可以有效地提高建筑物的耐久性和安全性。碳纤维还可以用于建筑物的装饰和美化，如碳纤维复合材料的屋顶、门窗、栏杆等，既美观又实用。

　　- 其他领域：碳纤维还有许多其他的应用领域，如医疗器械、电子产品、电池材料、传感器、过滤材料、吸波材料等。碳纤维的功能性和多样性使其在各个行业都有着广阔的发展空间和应用前景。

　　碳纤维的发展前景如何?

　　碳纤维作为一种新型高性能材料，具有巨大的市场需求和发展潜力。据统计，2019年全球碳纤维市场规模约为40亿美元，预计到2025年将达到80亿美元，年均增长率为11.8%。碳纤维的主要消费国家是美国、日本、欧洲和中国，其中中国是碳纤维的最大生产国和最大需求国。

　　碳纤维的发展面临着一些挑战和机遇。一方面，碳纤维的制造工艺复杂，成本高昂，资源稀缺，环境影响较大，这些都限制了碳纤维的大规模应用和普及。另一方面，碳纤维的性能优势和应用领域不断拓展，随着科技的进步和创新，碳纤维的制造成本有望降低，资源利用率有望提高，环境影响有望减少，这些都为碳纤维的发展带来了新的机遇和动力。

　　总之，碳纤维是一种轻巧而强韧的新材料，它在各个领域都有着广泛的应用和巨大的潜力。随着科技的发展和社会的进步，碳纤维将会给人类带来更多的便利和福祉。