碳纖維是先進復合材料最常用的也是最重要的增強體。碳纖維是由不完全石墨結(jié)晶沿纖維軸向排列的一種多晶的新型無機非金屬材料�；瘜W組成中碳元素含量達95%以上，超過99%以上稱為石墨纖維。
碳纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品。主要用于制備先進復合材料(ACM)，已廣泛應用于航空航天、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運輸領(lǐng)域及土木建筑領(lǐng)域。鑒于近年軍事工業(yè)上應用的萎縮、碳纖維成本的降低及先進低成本制造復合材料技術(shù)的突破，碳纖維復合材料在建筑、工業(yè)、交通運輸?shù)确矫娴膽帽愠蔀檠芯块_發(fā)的熱點，并取得了一定的突破性進展。
1、在航空航天領(lǐng)域的應用
在航空航天領(lǐng)域，由于碳纖維重量輕，剛性、尺寸穩(wěn)定性和導熱性好，高模量碳纖維很早便應用于人造衛(wèi)星中。碳纖維在宇航上的應用主要在固體火箭發(fā)動機殼體和噴管上。2002 年，在宇航領(lǐng)域中碳纖維的需求量大約是4000 t。據(jù)報道，全球碳纖維在航空航天領(lǐng)域中需求增長速度最快，2003-2006 年其年均增長率為85%，至2009 年以后3 年中，仍保持每年73%的增長速率。在飛機制造方面， 小型商務機和直升飛機的復合材料用量已占70%一80%，軍用機30%一40%，大型客機15%一20%。碳纖維在飛機上的比例已從原來的10%-20%上升至50%-80%。
（1）在民用大型客機方面，波音和空中客車公司兩大飛機制造商大量采用復合材料。A380 客機使用復合材料達25-30 t/架，其中85%是碳纖維增強復合材料(CFRP)。中等尺寸規(guī)格的A350飛機中占總質(zhì)量52%的結(jié)構(gòu)組件將采用復合材料來制造， 主要是碳纖維增強塑料材料，B787 每架需碳纖維23 t。據(jù)市場稱，波音和空中客車每年交付使用客機大約250-350 架。2005 年波音公司飛機合同650 架，空中客車公司417 架，2005 年底兩大飛機公司交付飛機620 架， 復合材料用量約1700 t，CFRP 約1020 t。據(jù)悉，波音公司近十年將有10000 架次的市場，未來20 年全球?qū)⑿枰?5000 架大型飛機，總價值約2 萬億美元。波音公司還報導，到2020 年中國需要1764 架商用飛機，是美國本土以外最大的市場。中國航空公司要增加1459 架新飛機，僅僅是為了滿足國內(nèi)航線。自2005 年碳纖維復合材料在B-777 飛機上的成功應用以來，全球范圍掀起碳纖維復合材料熱潮，歐美大型飛機加快了使用復合材料的步伐，新設(shè)計、生產(chǎn)或投入使用的飛機，大量使用碳纖維復合材料。
（2）除了民用大型客機方面，另一大領(lǐng)域就是碳纖維在軍用飛機制造方面的應用。根據(jù)2001-2005 年總的統(tǒng)計，美國國防空軍對碳纖維需求量為995,320 千克。洛克希德馬丁公司戰(zhàn)勝波音被選為聯(lián)合戰(zhàn)斗機的制造商，3000 架戰(zhàn)斗機總值為2000 億美元。因此，可以預計中、長期碳纖維在航天航空領(lǐng)域仍會有一定增長。
據(jù)統(tǒng)計，2001 年航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求為2690 t，2002 年和2003 年對碳纖維的需求量有所減少，2002 年約減少20%，2003 年則減少約9 %。2003 年以后航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求出現(xiàn)快速增長，2006 年與2001 年相比增長約40 %，2008年增長約76 %， 2010 年和2001 年相比增長超過100%。
2、在體育休閑用品領(lǐng)域中的應用
文體用品領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求，2003-2006 年的年均增長率為42%，至2009 年以后三年中，預計年均增速為46%。2003 年和2004 年世界碳纖維總消耗量分別為19210 t 和20680 t，而用于體育休閑用品的碳纖維都超過5000 t，占世界碳纖維總消耗量的25%左右。體育用品使用碳纖維絕對數(shù)量仍在增加，根據(jù)美國體育用品制造商協(xié)會的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 美國市場體育用品設(shè)備銷售在2006 年總額約250 億美元，這還不包括鞋子、機動車輛和舉重器材。大量使用碳纖維復合材料的產(chǎn)品是高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。生產(chǎn)上述7 種產(chǎn)品，制造商在2006 年的復合產(chǎn)品消費量估計為6710 噸左右。按此計算，2006 年體育用品制造業(yè)所用的碳纖維占全球消費量的24%左右。但是，同過去相比，體育用品的碳纖維使用量占全球使用量的比例在逐漸降低，2004 年體育用品碳纖維用量占了大約31%。不過，體育用品使用碳纖維的絕對數(shù)仍在增加，在未來幾年內(nèi)，每年的增長預計平均為4.3%，到2009 年或2010 年，使用量將有可能超過唱片業(yè)的水平。據(jù)估計，全球每年的高爾夫球棒的產(chǎn)量為3400 萬副，主要產(chǎn)自美國、中國、日本和中國臺灣�。蝗蛱祭w維釣魚竿的產(chǎn)量每年約2000 萬付；網(wǎng)球拍框架的市場容量約為每年600 萬付。碳纖維在其他體育項目的應用還包括冰球棍、劃船、賽艇、沖浪器械等。
3、在汽車工業(yè)中的應用
汽車零部件輕量化， 小型化已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的重要課題。汽車輕量化使得汽車油耗降低，大大降低了汽車的使用成本，也使總的能耗大大降低了。據(jù)資料介紹，汽車自重減輕100公斤，行駛100 公里，可節(jié)省油0.3 公斤。自重減輕10%，燃油經(jīng)濟性可提高10%。目前在汽車工業(yè)中應用復合材料的有： 驅(qū)動軸，車身，車門，橫梁，油箱，懸臂梁，鋼板彈簧，減速器，變速器支架，座位架，行李箱板和方向盤等。據(jù)悉，福特和保時捷生產(chǎn)的GT 型賽車發(fā)動機機罩已全部采用碳纖維材料；奔馳的57S 型轎車原來內(nèi)裝飾全部以碳纖維替代； 通用的雪佛萊轎車底盤的內(nèi)裝飾材料也采用碳纖維；寶馬公司將M6 型轎車的頂篷全部采用碳纖維等。1992 年通用汽車公司的超輕概念車車身采用碳纖維復合材料由手鋪碳纖維預浸料工藝制造，整體車身質(zhì)量僅為191公斤，車身剛度優(yōu)于鋼制車身，密度僅為鋼制車身的1/4。英國先進復合材料集團生產(chǎn)BPS240 車身板系統(tǒng)和MTM57 零件預浸料被選用于IFR 汽車公司的Aspid 豪華賽車上，碳纖維的主導地位使車減重700 kg。
英國材料系統(tǒng)實驗室(MSL)就各種材料對車身輕量化的效果進行研究，結(jié)果表明，碳纖維增強復合材料的車身質(zhì)量僅為172公斤，而鋼制車身為367.9 公斤，輕量化效果達53%以上。
設(shè)計表明，一輛典型小車的碳纖維用量可以超過113kg。僅僅為了滿足北美的需求， 碳纖維的需求量就達現(xiàn)有世界碳纖維總生產(chǎn)能力的100 倍。洛克希德馬丁研究所的瓦倫統(tǒng)計過，如每輛北美的汽車用2.2kg 碳纖維， 那北美1800 萬輛小車的碳纖維總量就超過當前全球大絲束碳纖維總產(chǎn)能的4 倍。
4、一般工業(yè)應用
近幾年，一般工業(yè)應用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求不斷增長。在能源和貯能方面，如在風力發(fā)電葉片、飛輪、電池、油氣開采、壓力容器等領(lǐng)域上的應用不斷擴大。據(jù)報導，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維高達2700 t，主要用于生產(chǎn)手機、計算機、辦公設(shè)施等。碳纖維還可以應用于供溫室吸附與分離氣體用的新型碳基裝置，在環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。除此以外，一些新興用途，如土木建筑的補強加固材料，航海構(gòu)件，電磁屏蔽材料和靜電消散材料等方面的應用也在增加。
（1）海上油氣開采
用于平臺錨固到海底的繩索和連接油井口到平臺的管子。碳纖維復合材料繩索和管子因其優(yōu)異的性能在海上油田的市場
潛力巨大。2005-2010 年復合材料生產(chǎn)管子和繩索的潛在市場。
（2）風力發(fā)電
據(jù)GEC 預測，2004 年風電裝機容量約40000MV，2008 年預計達到95000MV，假定增加部分一半用碳纖維葉片，需要34000個葉片，11000 個2MV 的渦輪機， 每個葉片大約需要碳纖維1500-2000 公斤，2004-2008 年共需要碳纖維59000 噸， 年平均需求量15000 噸/年，相當于06 年全球碳纖維產(chǎn)能的50%。據(jù)估計，到2008 年用于葉片的碳纖維可達4536 t，其用量可占世界年碳纖維產(chǎn)量的25%左右。
碳纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品。主要用于制備先進復合材料(ACM)，已廣泛應用于航空航天、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運輸領(lǐng)域及土木建筑領(lǐng)域。鑒于近年軍事工業(yè)上應用的萎縮、碳纖維成本的降低及先進低成本制造復合材料技術(shù)的突破，碳纖維復合材料在建筑、工業(yè)、交通運輸?shù)确矫娴膽帽愠蔀檠芯块_發(fā)的熱點，并取得了一定的突破性進展。
1、在航空航天領(lǐng)域的應用
在航空航天領(lǐng)域，由于碳纖維重量輕，剛性、尺寸穩(wěn)定性和導熱性好，高模量碳纖維很早便應用于人造衛(wèi)星中。碳纖維在宇航上的應用主要在固體火箭發(fā)動機殼體和噴管上。2002 年，在宇航領(lǐng)域中碳纖維的需求量大約是4000 t。據(jù)報道，全球碳纖維在航空航天領(lǐng)域中需求增長速度最快，2003-2006 年其年均增長率為85%，至2009 年以后3 年中，仍保持每年73%的增長速率。在飛機制造方面， 小型商務機和直升飛機的復合材料用量已占70%一80%，軍用機30%一40%，大型客機15%一20%。碳纖維在飛機上的比例已從原來的10%-20%上升至50%-80%。
（1）在民用大型客機方面，波音和空中客車公司兩大飛機制造商大量采用復合材料。A380 客機使用復合材料達25-30 t/架，其中85%是碳纖維增強復合材料(CFRP)。中等尺寸規(guī)格的A350飛機中占總質(zhì)量52%的結(jié)構(gòu)組件將采用復合材料來制造， 主要是碳纖維增強塑料材料，B787 每架需碳纖維23 t。據(jù)市場稱，波音和空中客車每年交付使用客機大約250-350 架。2005 年波音公司飛機合同650 架，空中客車公司417 架，2005 年底兩大飛機公司交付飛機620 架， 復合材料用量約1700 t，CFRP 約1020 t。據(jù)悉，波音公司近十年將有10000 架次的市場，未來20 年全球?qū)⑿枰?5000 架大型飛機，總價值約2 萬億美元。波音公司還報導，到2020 年中國需要1764 架商用飛機，是美國本土以外最大的市場。中國航空公司要增加1459 架新飛機，僅僅是為了滿足國內(nèi)航線。自2005 年碳纖維復合材料在B-777 飛機上的成功應用以來，全球范圍掀起碳纖維復合材料熱潮，歐美大型飛機加快了使用復合材料的步伐，新設(shè)計、生產(chǎn)或投入使用的飛機，大量使用碳纖維復合材料。
（2）除了民用大型客機方面，另一大領(lǐng)域就是碳纖維在軍用飛機制造方面的應用。根據(jù)2001-2005 年總的統(tǒng)計，美國國防空軍對碳纖維需求量為995,320 千克。洛克希德馬丁公司戰(zhàn)勝波音被選為聯(lián)合戰(zhàn)斗機的制造商，3000 架戰(zhàn)斗機總值為2000 億美元。因此，可以預計中、長期碳纖維在航天航空領(lǐng)域仍會有一定增長。
據(jù)統(tǒng)計，2001 年航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求為2690 t，2002 年和2003 年對碳纖維的需求量有所減少，2002 年約減少20%，2003 年則減少約9 %。2003 年以后航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求出現(xiàn)快速增長，2006 年與2001 年相比增長約40 %，2008年增長約76 %， 2010 年和2001 年相比增長超過100%。
2、在體育休閑用品領(lǐng)域中的應用
文體用品領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求，2003-2006 年的年均增長率為42%，至2009 年以后三年中，預計年均增速為46%。2003 年和2004 年世界碳纖維總消耗量分別為19210 t 和20680 t，而用于體育休閑用品的碳纖維都超過5000 t，占世界碳纖維總消耗量的25%左右。體育用品使用碳纖維絕對數(shù)量仍在增加，根據(jù)美國體育用品制造商協(xié)會的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 美國市場體育用品設(shè)備銷售在2006 年總額約250 億美元，這還不包括鞋子、機動車輛和舉重器材。大量使用碳纖維復合材料的產(chǎn)品是高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。生產(chǎn)上述7 種產(chǎn)品，制造商在2006 年的復合產(chǎn)品消費量估計為6710 噸左右。按此計算，2006 年體育用品制造業(yè)所用的碳纖維占全球消費量的24%左右。但是，同過去相比，體育用品的碳纖維使用量占全球使用量的比例在逐漸降低，2004 年體育用品碳纖維用量占了大約31%。不過，體育用品使用碳纖維的絕對數(shù)仍在增加，在未來幾年內(nèi)，每年的增長預計平均為4.3%，到2009 年或2010 年，使用量將有可能超過唱片業(yè)的水平。據(jù)估計，全球每年的高爾夫球棒的產(chǎn)量為3400 萬副，主要產(chǎn)自美國、中國、日本和中國臺灣�。蝗蛱祭w維釣魚竿的產(chǎn)量每年約2000 萬付；網(wǎng)球拍框架的市場容量約為每年600 萬付。碳纖維在其他體育項目的應用還包括冰球棍、劃船、賽艇、沖浪器械等。
3、在汽車工業(yè)中的應用
汽車零部件輕量化， 小型化已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的重要課題。汽車輕量化使得汽車油耗降低，大大降低了汽車的使用成本，也使總的能耗大大降低了。據(jù)資料介紹，汽車自重減輕100公斤，行駛100 公里，可節(jié)省油0.3 公斤。自重減輕10%，燃油經(jīng)濟性可提高10%。目前在汽車工業(yè)中應用復合材料的有： 驅(qū)動軸，車身，車門，橫梁，油箱，懸臂梁，鋼板彈簧，減速器，變速器支架，座位架，行李箱板和方向盤等。據(jù)悉，福特和保時捷生產(chǎn)的GT 型賽車發(fā)動機機罩已全部采用碳纖維材料；奔馳的57S 型轎車原來內(nèi)裝飾全部以碳纖維替代； 通用的雪佛萊轎車底盤的內(nèi)裝飾材料也采用碳纖維；寶馬公司將M6 型轎車的頂篷全部采用碳纖維等。1992 年通用汽車公司的超輕概念車車身采用碳纖維復合材料由手鋪碳纖維預浸料工藝制造，整體車身質(zhì)量僅為191公斤，車身剛度優(yōu)于鋼制車身，密度僅為鋼制車身的1/4。英國先進復合材料集團生產(chǎn)BPS240 車身板系統(tǒng)和MTM57 零件預浸料被選用于IFR 汽車公司的Aspid 豪華賽車上，碳纖維的主導地位使車減重700 kg。
英國材料系統(tǒng)實驗室(MSL)就各種材料對車身輕量化的效果進行研究，結(jié)果表明，碳纖維增強復合材料的車身質(zhì)量僅為172公斤，而鋼制車身為367.9 公斤，輕量化效果達53%以上。
設(shè)計表明，一輛典型小車的碳纖維用量可以超過113kg。僅僅為了滿足北美的需求， 碳纖維的需求量就達現(xiàn)有世界碳纖維總生產(chǎn)能力的100 倍。洛克希德馬丁研究所的瓦倫統(tǒng)計過，如每輛北美的汽車用2.2kg 碳纖維， 那北美1800 萬輛小車的碳纖維總量就超過當前全球大絲束碳纖維總產(chǎn)能的4 倍。
4、一般工業(yè)應用
近幾年，一般工業(yè)應用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求不斷增長。在能源和貯能方面，如在風力發(fā)電葉片、飛輪、電池、油氣開采、壓力容器等領(lǐng)域上的應用不斷擴大。據(jù)報導，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維高達2700 t，主要用于生產(chǎn)手機、計算機、辦公設(shè)施等。碳纖維還可以應用于供溫室吸附與分離氣體用的新型碳基裝置，在環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。除此以外，一些新興用途，如土木建筑的補強加固材料，航海構(gòu)件，電磁屏蔽材料和靜電消散材料等方面的應用也在增加。
（1）海上油氣開采
用于平臺錨固到海底的繩索和連接油井口到平臺的管子。碳纖維復合材料繩索和管子因其優(yōu)異的性能在海上油田的市場
潛力巨大。2005-2010 年復合材料生產(chǎn)管子和繩索的潛在市場。
（2）風力發(fā)電
據(jù)GEC 預測，2004 年風電裝機容量約40000MV，2008 年預計達到95000MV，假定增加部分一半用碳纖維葉片，需要34000個葉片，11000 個2MV 的渦輪機， 每個葉片大約需要碳纖維1500-2000 公斤，2004-2008 年共需要碳纖維59000 噸， 年平均需求量15000 噸/年，相當于06 年全球碳纖維產(chǎn)能的50%。據(jù)估計，到2008 年用于葉片的碳纖維可達4536 t，其用量可占世界年碳纖維產(chǎn)量的25%左右。
