中國粉體網(wǎng)訊  在當今世界高速工業(yè)化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化。在要求高溫，物理穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料具備不可替代的優(yōu)勢。材料的比強度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，正是由于兼具優(yōu)異性能，碳纖維在國防和民用領(lǐng)域均有廣泛的應用前景。

復合材料

碳纖維在傳統(tǒng)使用中除用作絕熱保溫材料外，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復合材料。碳纖維已成為先進復合材料最重要的增強材料。由于碳纖維復合材料具有輕而強、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及設(shè)計性好、可大面積整體成型等特點，已在航空航天、國防軍工和民用工業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應用。

碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。高性能碳纖維是制造先進復合材料最重要的增強材料。

土木建筑

碳纖維也應用在工業(yè)與民用建筑物、鐵路公路橋梁、隧道、煙囪、塔結(jié)構(gòu)等的加固補強，在鐵路建筑中，大型的頂部系統(tǒng)和隔音墻在未來會有很好的應用，這些也將是碳纖維很有前景的應用方面。具有密度小，強度高，耐久性好，抗腐蝕能力強，可耐酸、堿等化學品腐蝕，柔韌性佳，應變能力強的特點。用碳纖維管制作的桁梁構(gòu)架屋頂，比鋼材輕50%左右，使大型結(jié)構(gòu)物達到了實用化的水平，而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外，碳纖維做補強混凝土結(jié)構(gòu)時，不需要增加螺栓和鉚釘固定，對原混凝土結(jié)構(gòu)擾動較小，施工工藝簡便。

航空航天

碳纖維是火箭、衛(wèi)星、導彈、戰(zhàn)斗機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰(zhàn)略基礎(chǔ)材料。將碳纖維復合材料應用在戰(zhàn)略導彈的彈體和發(fā)動機殼體上，可大大減輕重量，提高導彈的射程和突擊能力，如美國80年代研制的洲際導彈三級殼體全都采用碳纖維和環(huán)氧樹脂復合材料。碳纖維復合材料在新一代戰(zhàn)斗機上也開始得到大量使用，如美國第四代戰(zhàn)斗機F22采用了約為24%的碳纖維復合材料，從而使該戰(zhàn)斗機具有超高音速巡航、超視距作戰(zhàn)、高機動性和隱身等特性。美國波音推出新一代高速寬體客機的音速巡洋艦，約60%的結(jié)構(gòu)部件都將采用強化碳纖維塑料復合材料制成，其中包括機翼。中國自行研制的碳纖維復合材料剎車預制件性能達到國際水平。采用這一預制件技術(shù)所制備的的國產(chǎn)碳剎車盤已批量裝備于國防重點型號的軍用飛機，并在B757型民航飛機上使用，在其它機型上的使用也在實驗考核中，并將向坦克、高速列車、高級轎車、賽車等推廣使用。碳纖維比鋁輕但強度相似。碳纖維在艦艇上也有重要的應用價值，可減輕艦艇的結(jié)構(gòu)重量，增加艦艇有效載荷，從而提高運送作戰(zhàn)物資的能力，碳纖維不存在腐蝕生銹的問題。

碳纖維還是讓大型民用飛機、汽車、高速列車等現(xiàn)代交通工具實現(xiàn)“輕量化“的完美材料。航空應用中對碳纖維的需求正在不斷增多，新一代大型民用客機空客A380和波音787使用了約為50%的碳纖維復合材料。波音787的機身采用碳纖維，這使飛機飛得更快，油耗更低，同時能增加客艙濕度，讓乘客更舒適。

汽車材料

碳纖維材料也成為汽車制造商青睞的材料，在汽車內(nèi)外裝飾中開始大量采用。碳纖維作為汽車材料，最大的優(yōu)點是質(zhì)量輕、強度大，重量僅相當于鋼材的20%到30%，硬度卻是鋼材的10倍以上。所以汽車制造采用碳纖維材料可以使汽車的輕量化取得突破性進展，并帶來節(jié)省能源的社會效益。業(yè)界認為，碳纖維在汽車制造領(lǐng)域的使用量會變大。

以中科院研發(fā)的一輛碳纖維小汽車為例，在普通材質(zhì)的汽車引擎蓋上，榔頭用力敲擊，漆蓋上很有可能會有凹陷，而這輛車的車殼卻非常堅固，用力敲擊車蓋后會迅猛反彈，表面絲毫未損。研究人員表示采用碳纖維復合材料做的汽車，比起普通用鋼材制造的汽車的最大特點是輕和快。碳纖維汽車拋棄了傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，大量采用碳纖維材料制成，比普通鋼材的汽車重量能減少60%。在同樣用油情況下，這輛車每小時可以多開50公里。

碳纖維雖然輕，但有較好的安全性，雖然碳纖維看起來像塑料，但實際上這種材料抗沖擊性比鋼鐵強，特別是用碳纖維做成的方向盤，機械強度和抗沖性更高。在復合材料的配合下，碳纖維汽車成了家用車中的裝甲車。

纖維加固

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補的研究始于80年代美、日等發(fā)達國家。中國的這項技術(shù)起步很晚，但隨著中國經(jīng)濟建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有建筑中有相當一部分由于當時設(shè)計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當前規(guī)范使用的需求，亟需進行維修、加固。常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。

中國從1997年開始從國外引進碳纖維復合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究，成為了研究和工程應用的熱點。國內(nèi)已有數(shù)十個高校和科研院所開展了此項研究工作，并取得了一批接近國際先進水平的研究成果。由于中國具有世界上最為巨大的土木建筑市場，碳纖維加固建筑結(jié)構(gòu)的應用將呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。

體育用品

碳纖維運用在運動休閑領(lǐng)域中，像球桿、釣魚竿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、自行車、滑雪杖、滑雪板、帆板桅桿、航海船體等運動用品都是碳纖維的主要用戶之一。

球棒和球拍框架是體育應用中的重要體現(xiàn)。據(jù)估計，每年的球棒的產(chǎn)量為3400萬副。全世界40%的球棒都是由碳纖維制成的。網(wǎng)球拍框架的市場容量約為每年600萬副，其它的體育項目應用還包括冰球棍、滑雪杖等。碳纖維還應用在劃船、賽艇等其它海洋運動中。

風力發(fā)電機葉片

世界上風力發(fā)電機組的發(fā)電機額定功率越來越大，與其相適應的風機葉片尺寸也越來越大。為了減少葉片的變形，在主乘力件如軸承和葉片的某些部位采用碳纖維來補充其剛度。碳纖維在風能、核能和太陽能等新能源領(lǐng)域也具有廣闊的應用前景。當風力發(fā)電機功率超過3MW，葉片長度超過40米時，傳統(tǒng)玻璃纖維復合材料的性能已經(jīng)趨于極限，采用碳纖維復合材料制造葉片是必要的選擇。只有碳纖維才能既減輕葉片的重量，又能滿足強度和剛度的要求。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青禾）