简析碳纤维管的应用与潜在发展前景

摘要

碳纤维管材是碳纤维复合材料的重要应用形式，具有轻而强的优势，在体育休闲器材、无人机、轻量化工业装备和热敏感领域有广泛应用。碳纤维管材的市场需求稳定增长，未来发展方向是功能特殊化和设计组合化。随着工艺水平提升和批量化生产模式的推广，碳纤维管将在替代金属管材的轻量化进程中发挥更重要作用。

正文

碳纤维管材是目前应用范围最广、数量最多的碳纤维基础制品之一，也是碳纤维复合材料重要的应用形式。同其它的应用类似，碳纤维管材也是凭借碳纤维“轻而强”的性能优势成为诸多领域所青睐的轻量化材料。根据江浙地区知名碳纤管生产厂商无锡威盛新材料科技有限公司提供的市场调研数据看，目前碳纤维管的市场需求和潜在应用包含以下几个领域：

在体育休闲用品领域，碳纤维高尔夫球杆和钓鱼竿最早获得应用，其也是推动碳纤维发展的最早消费渠道之一。早在十几年前，仅用于高尔夫球杆上的碳纤维消耗就占全世界总碳纤维消耗量的十分之一。近年来，自行车、网球拍、羽毛球拍等体育用品也越来越多地使用到碳纤维材料。

采用碳纤管制成的超轻型高尔夫球杆重量仅有50g左右，而钢制杆身有120g以上，在减轻重量的同时，碳纤维材质使得球杆具备更好的弹性和韧性，球杆在运动中给使用者带来的震感更小，平衡感和手感舒适程度更高。又如摄影摄像设备中使用碳纤维管制作的滑轨，外形美观,使用方便，尤其是其重量轻、承重大的特点，非常适合外拍携带,为户外摄影工作者所喜爱。

这类用品中的碳纤管能有效提升使用者的体验度，更轻的质量能减轻使用者的体力消耗，增加运动休闲的愉悦性，更强的材质还能减少器材弯曲变形的可能性，延长产品的使用寿命。由于碳纤维在体育休闲领域中的应用技术相对成熟，因此碳纤维在该领域的需求量呈稳定增长态势。

碳纤维管材在强度方面表现出色，根据实际需要能适用于无人机不同的机体部位，如机臂、机翼骨架，相对于铝合金30％的减重效果能提高飞机的续航能力，并提高载荷能力。碳纤维材料本身的抗拉强度高、耐腐蚀、吸能抗震、化学性能稳定等优点也使得无人机的使用寿命得到有效保证。根据威盛新材所提供的资料显示，大部分农用植保无人机及消费级航拍无人机均采用碳纤维管作为主体结构，碳纤维管在该领域的应用地位非常稳固。

采用碳纤维管材作为辊身的碳纤维辊轴，可广泛应用于印刷、造纸、塑料、薄膜、纺织、锂电池极片卷绕机等行业,该类型的应用在结构设计上比较简单，但是对碳纤维管材本身的工艺水平要求很高，越是精密的机器，对辊的动平衡、同心度要求越严格，碳纤维管的相关技术指标将直接影响到辊轴高速旋转的稳定性，进而影响到整个机器的性能。

采用高精度碳纤维管制成的辊轴相比于铝合金材料的轴类产品，性能优势非常突出。根据威盛新材为PCB设备研制的碳纤辊轴试样显示，这种辊轴因为更轻的材质能减小惯性，使机器启动和停止的速度加快，提高辊轴的转速，极大的提升了生产效率及产品品质，同时可以有效降低耗能。

此外，威盛新材生产的碳纤维管已成功应用于框架型结构件，如汽车风窗检具、轻量化军用、消防攀爬梯、舰艇栏杆、医疗担架等产品上。

由于碳纤维复合材料具有较好的尺寸稳定性，线膨胀系数几近“0”。在一些热敏感领域，温度的变化将会对测量精度产生一定的影响，如需要在温差较大环境下工作的量具。而在更高端的航天仪器方面这种情况更多，如航天遥感器所处的环境条件比较复杂，较大的温度差异会使光阑间隔及镜筒筒身精度发生变化，这将大大影响到光学遥感器的成像质量。

因此在热敏感领域中，越来越多地使用到碳纤维管,碳纤管的使用首先可以从根本上降低仪器自身的重量，降低使用的成本，碳纤维材料的性能优势也有助于提升科研设备的先进性。

目前，威盛新材通过自主研发，使得碳纤维复合材料长期工作温度的使用范围扩大到-200℃—400℃，也可以应用于高铁、汽车、航空等结构件。威盛新材技术总监杨经理表示，高性能碳纤维复合材料应用的多少，是衡量一个国家在以航天航空为代表的尖端领域发展水平的重要标志之一。

威盛新材认为拓展碳纤维管市场应用需要从以下两点出发：首先，碳纤维管的应用环境有很大的差异性，要拓展其应用范围，管材本身就需要适应更复杂的环境要求。除了高强度、高模量、耐腐蚀、尺寸稳定、力学性能好等现有优势之外，耐高温、阻燃、电磁屏蔽等特殊性能需求将成为碳纤管的发展目标；其次，碳纤管固定、单一、定制式的产品样式阻碍了其应用的普及性，如果能将管材的标准化和组合化兼顾起来，将点燃碳纤管在量与面上更多的潜力空间。

虽然当下的碳纤管市场价格在一定程度上掣肘了其在更多层面上的应用，但是，随着工艺化水平的不断提升和批量化生产模式的推广，这一瓶颈将被逐渐打破。从市场需求的深度和走向看，碳纤维管的发展将向功能特殊化、设计组合化方向发展。

总之，产品的基础性决定了市场需求量，碳纤维管的未来发展不容小觑，在替代金属管材的轻量化进程中必将扮演着越来越重要的角色。

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