碳纤维应用与市场 非常全面 了解碳纤维用途

摘要

中国是全球碳纤维消费大国，但国产碳纤维在质量和成本上与国际先进水平存在差距，依赖进口。碳纤维市场潜力巨大，广泛应用于体育、工业、航空航天等领域。在新能源汽车、风力发电、建筑补强、压力容器、体育休闲用品、医疗器械、电缆芯、抽油杆和预浸料等方面均有重要应用。碳纤维复合材料是实现汽车轻量化和节能减排的关键，也是制造大型风电叶片和加固大型结构的优选材料。碳纤维的应用有助于提高各领域产品性能和经济效益。

正文

现代汽车设计有安全、舒适、节能和环保4项基本要求。 碳纤维复合材料是新能源汽车必不可少的结构材料。汽车工业采用碳纤维复合材料替代金属材料，是提高汽车性能、实现汽车轻量化和节能减排的有效途径，已成为当前汽车设计的最重要发展方向。 碳纤维复合材料制作的汽车结构件、覆盖件、内饰等，可实现减重30%左右。高性能碳纤维制作的复合材料，其拉伸强度和层间剪切强度均较高，界面结构和性能优良，因此在汽车领域特别是新能源汽车上应用潜力巨大。随着宝马公司最新款电动汽车i3的正式上市（该车采用全碳纤维复合材料制成的车架重量仅为120kg），势必将加速碳纤维在汽车行业特别是在电动汽车、混合动力车、CNG汽车等新能源汽车领域的应用。 

风力发电是世界可再生能源增长最快的领域，风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场，特别是制造超大型风电机组所需叶片，必须使用轻而强、刚而硬的高性能碳纤维复合材料，在保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。 

碳纤维可用于建筑物的结构补强和维修，超长桥的桥墩、隧道、高速公路路堤和大坝的加固等。最近国内外地震、事故频发，对于碳纤维在大型建筑领域的应用有一定促进作用。例如，地震高发地对建筑的抗震等级、安全性、耐用性有较高要求，尤其是桥梁、大坝、发电站、名胜古迹等大型公共设施或建筑，需要使用高性能碳纤维制作的复合材料进行补强和加固，以减少次生灾害或事故发生的几率，保护人民生命财产安全，降低事故损失。 

制造CNG/LNG储运槽罐一般采用高强、中模、细直径的碳纤维做外部缠绕，以获得高填充压力并减少壁厚；同时单丝直径越细越有利于提高压缩强度和层间剪切强度，对复合材料界面粘接、界面结构和界面性能的优化能力也就更加突出。因此，采用高性能碳纤维制作储罐或其它压力容器，可以在保持强度、刚度、安全的同时大大减轻罐体的重量，对能源的储存、运输都有很好的促进作用。 

我国是碳纤维复合材料体育用品的重要产地，世界上60%以上的碳纤维高尔夫球杆、各种球拍、钓鱼竿、自行车均产自我国。高端体育用品特别是职业竞技类用具，例如赛车、赛艇、竞赛用的各类球拍杆等，由于更注重其安全性、高强度和轻量化，制作时大多数采用了高性能碳纤维。 

高标准的医用设备非常注重所用原材料的质量、卫生性、可靠性和精度。由碳纤维材料制成的医疗器材具有比重轻、稳定性高、强度大及抗断裂的特性，并具有较低的X射线吸收水平，能够保护患者少受X射线的伤害。同时，碳纤维材料还可用于X射线台面、臂架和头部固定器等由特殊承载泡沫制成的夹层结构组件中，使用此类组件的患者支持器可以承受高达1.2吨的负荷，远超过普通支持器的承受能力（仅能承受400kg的负荷）。 

碳纤维复合电缆芯铝绞线由于重量轻、强度高、导电率高、损耗小、耐腐蚀和热膨胀系数小等优点，已成为一种新兴的长距离输电导线。高性能碳纤维强度高、刚性大、断裂伸长率大，制得的复合电缆芯将具有减少输电塔架设数量、提高塔间跨幅等优势。

对于石油企业，应用碳纤维制作的连续抽油杆，不但比钢制抽油杆作业速度快，而且拥有高强、耐腐蚀等优点。鉴于石油开采行业高额的设备成本，油气企业十分注重作业的连续性，因此抽油杆的高强、耐疲劳和耐腐蚀等特性至关重要。采用碳纤维代替传统材料可以增长抽油杆使用寿命，减少更换次数，从而降低全过程成本。

碳纤维预浸料是衔接碳纤维与复合材料的最为重要的桥梁，是碳纤维最重要的产品形式，大约54%的碳纤维以预浸料的形式用于制造复合材料及制品。