碳纖維的七大應用領域

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

復合材料

碳(tan)纖(xian)維(wei)在傳統使(shi)用(yong)中(zhong)除用(yong)作(zuo)絕熱(re)保溫(wen)材(cai)料(liao)(liao)(liao)外(wai)，多作(zuo)為增(zeng)強(qiang)材(cai)料(liao)(liao)(liao)加(jia)入(ru)到樹脂、金(jin)屬、陶瓷、混凝土等(deng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)，構成(cheng)復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。碳(tan)纖(xian)維(wei)已成(cheng)為先進復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)最重要(yao)的增(zeng)強(qiang)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。由于(yu)碳(tan)纖(xian)維(wei)復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)具有輕(qing)而強(qiang)、輕(qing)而剛、耐高(gao)溫(wen)、耐腐(fu)蝕(shi)、耐疲勞、結構尺寸穩定(ding)性(xing)好(hao)以及設計性(xing)好(hao)、可大面積整體成(cheng)型等(deng)特點，已在航空(kong)航天、國防軍工(gong)和民用(yong)工(gong)業的各個(ge)領(ling)域得到廣(guang)泛應用(yong)。碳(tan)纖(xian)維(wei)可加(jia)工(gong)成(cheng)織物(wu)、氈、席、帶、紙(zhi)及其(qi)他材(cai)料(liao)(liao)(liao)。高(gao)性(xing)能碳(tan)纖(xian)維(wei)是制造先進復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)最重要(yao)的增(zeng)強(qiang)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。

土木建筑

碳纖(xian)維也(ye)應(ying)用(yong)(yong)在(zai)工(gong)(gong)業與民用(yong)(yong)建(jian)筑物(wu)、鐵路公路橋梁(liang)、隧道、煙囪、塔(ta)結構(gou)等(deng)的(de)(de)(de)(de)加(jia)固(gu)補強，在(zai)鐵路建(jian)筑中，大型(xing)的(de)(de)(de)(de)頂(ding)部系統和隔(ge)音墻在(zai)未(wei)來會有(you)(you)很好的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)，這些也(ye)將是碳纖(xian)維很有(you)(you)前景的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)方面。具有(you)(you)密度(du)小(xiao)，強度(du)高，耐久性好，抗腐蝕能(neng)力強，可耐酸、堿等(deng)化學品腐蝕，柔韌性佳，應(ying)變能(neng)力強的(de)(de)(de)(de)特點(dian)。用(yong)(yong)碳纖(xian)維管(guan)制(zhi)作的(de)(de)(de)(de)桁(heng)梁(liang)構(gou)架屋頂(ding)，比鋼材輕50%左右，使大型(xing)結構(gou)物(wu)達到(dao)了實用(yong)(yong)化的(de)(de)(de)(de)水平，而且施(shi)工(gong)(gong)效率和抗震(zhen)性能(neng)得到(dao)了大幅度(du)提(ti)高。另外，碳纖(xian)維做補強混(hun)凝土結構(gou)時，不需(xu)要增加(jia)螺栓和鉚釘固(gu)定，對原混(hun)凝土結構(gou)擾動較小(xiao)，施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)簡(jian)便(bian)。

航空航天

碳纖維是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰略基礎材料。將碳纖維復合材料應用在戰略導彈的彈體和發動機殼體上，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氧樹脂復合材料。碳纖維復合材料在新一代戰斗機上也開始得到大量使用，如美國第四代戰斗機F22采用了約為24%的碳纖維復合材料，從而使該戰斗機具有超高音速巡航、超視距作戰、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%的結構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所制備的的國產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，可減輕艦艇的結構重量，增加艦艇有效載荷，從而提高運送作戰物資的能力，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、高速列車等現代交通工具實現“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(tan)纖(xian)維(wei)(wei)材(cai)(cai)料(liao)也(ye)成為汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)制造商(shang)青睞的材(cai)(cai)料(liao)，在(zai)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)內外裝飾中開(kai)始大量(liang)采用(yong)。碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)作為汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)材(cai)(cai)料(liao)，最大的優點(dian)是質(zhi)量(liang)輕(qing)、強度大，重(zhong)量(liang)僅(jin)相(xiang)當(dang)于鋼材(cai)(cai)的20%到30%，硬(ying)度卻是鋼材(cai)(cai)的10倍以(yi)(yi)上。所以(yi)(yi)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)制造采用(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)材(cai)(cai)料(liao)可以(yi)(yi)使汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)的輕(qing)量(liang)化取得(de)突(tu)破性進展(zhan)，并帶來(lai)(lai)節(jie)省(sheng)能源的社會(hui)效益。業界認為，碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)在(zai)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)制造領域的使用(yong)量(liang)會(hui)變大。以(yi)(yi)中科(ke)院研(yan)發的一輛碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)小(xiao)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)為例，在(zai)普(pu)通材(cai)(cai)質(zhi)的汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)引擎蓋(gai)上，榔頭用(yong)力敲(qiao)擊(ji)(ji)，漆(qi)蓋(gai)上很有可能會(hui)有凹陷，而這(zhe)輛車(che)(che)(che)的車(che)(che)(che)殼(ke)卻非常(chang)堅固，用(yong)力敲(qiao)擊(ji)(ji)車(che)(che)(che)蓋(gai)后會(hui)迅猛反彈(dan)，表面絲毫未損(sun)。研(yan)究人員表示采用(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)復合材(cai)(cai)料(liao)做的汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)，比起普(pu)通用(yong)鋼材(cai)(cai)制造的汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)的最大特點(dian)是輕(qing)和快。碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)拋(pao)棄了(le)傳統的鋼結構，大量(liang)采用(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)材(cai)(cai)料(liao)制成，比普(pu)通鋼材(cai)(cai)的汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)重(zhong)量(liang)能減少60%。在(zai)同樣用(yong)油情況下，這(zhe)輛車(che)(che)(che)每(mei)小(xiao)時可以(yi)(yi)多開(kai)50公(gong)里。碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)雖然輕(qing)，但有較好的安全(quan)性，雖然碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)看起來(lai)(lai)像塑(su)料(liao)，但實際上這(zhe)種材(cai)(cai)料(liao)抗沖擊(ji)(ji)性比鋼鐵強，特別是用(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)做成的方向盤，機械強度和抗沖性更高。在(zai)復合材(cai)(cai)料(liao)的配合下，碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)成了(le)家用(yong)車(che)(che)(che)中的裝甲車(che)(che)(che)。

纖維加固

碳纖維(wei)加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)包(bao)括碳纖維(wei)布加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)和(he)碳纖維(wei)板(ban)加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)兩種。碳纖維(wei)材料用(yong)于混凝土(tu)結構加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)修(xiu)補(bu)(bu)的(de)(de)研(yan)(yan)究始(shi)于80年(nian)代美(mei)、日(ri)等(deng)發達國家。中(zhong)(zhong)(zhong)國的(de)(de)這項(xiang)技術(shu)(shu)起步(bu)很晚，但隨著中(zhong)(zhong)(zhong)國經(jing)濟建(jian)(jian)設(she)和(he)交(jiao)通事業的(de)(de)飛(fei)速發展(zhan)，現(xian)有建(jian)(jian)筑中(zhong)(zhong)(zhong)有相當(dang)(dang)(dang)一部分由于當(dang)(dang)(dang)時設(she)計荷載標準低造成歷(li)史遺(yi)留問題，一些建(jian)(jian)筑由于使用(yong)功能的(de)(de)改變，難以滿足當(dang)(dang)(dang)前(qian)規范(fan)使用(yong)的(de)(de)需(xu)求，亟需(xu)進行維(wei)修(xiu)、加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)。常用(yong)的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)方(fang)法(fa)有很多，如(ru)：加(jia)(jia)(jia)大(da)截面法(fa)、外(wai)包(bao)鋼加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)法(fa)、粘鋼加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)法(fa)、碳纖維(wei)加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)法(fa)等(deng)。碳纖維(wei)加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)修(xiu)補(bu)(bu)結構技術(shu)(shu)是繼加(jia)(jia)(jia)大(da)混凝土(tu)截面、粘鋼之后的(de)(de)又一種新型(xing)的(de)(de)結構加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)技術(shu)(shu)。中(zhong)(zhong)(zhong)國從(cong)1997年(nian)開始(shi)從(cong)國外(wai)引進碳纖維(wei)復合(he)材料加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)混凝土(tu)結構技術(shu)(shu)研(yan)(yan)究，成為(wei)(wei)了研(yan)(yan)究和(he)工程應用(yong)的(de)(de)熱點。國內已有數十個高校(xiao)和(he)科研(yan)(yan)院所開展(zhan)了此項(xiang)研(yan)(yan)究工作(zuo)，并取得了一批接近(jin)國際先進水平的(de)(de)研(yan)(yan)究成果(guo)。由于中(zhong)(zhong)(zhong)國具(ju)有世界上(shang)最為(wei)(wei)巨大(da)的(de)(de)土(tu)木建(jian)(jian)筑市場，碳纖維(wei)加(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)(gu)(gu)建(jian)(jian)筑結構的(de)(de)應用(yong)將呈(cheng)現(xian)不斷增長的(de)(de)趨勢。

體育用品

碳纖(xian)(xian)維運(yun)用在運(yun)動休閑領域(yu)中(zhong)，像球(qiu)(qiu)(qiu)桿、釣魚竿、網球(qiu)(qiu)(qiu)拍、羽毛球(qiu)(qiu)(qiu)拍、自(zi)行(xing)車、滑雪杖、滑雪板、帆板桅桿、航(hang)海船體(ti)等運(yun)動用品都(dou)是(shi)碳纖(xian)(xian)維的(de)(de)(de)主要(yao)用戶之一(yi)。球(qiu)(qiu)(qiu)棒和球(qiu)(qiu)(qiu)拍框(kuang)架是(shi)體(ti)育應(ying)用中(zhong)的(de)(de)(de)重要(yao)體(ti)現。據估計，每年(nian)的(de)(de)(de)球(qiu)(qiu)(qiu)棒的(de)(de)(de)產(chan)量(liang)為(wei)3400萬副。全世界(jie)40%的(de)(de)(de)球(qiu)(qiu)(qiu)棒都(dou)是(shi)由碳纖(xian)(xian)維制成(cheng)的(de)(de)(de)。網球(qiu)(qiu)(qiu)拍框(kuang)架的(de)(de)(de)市場容(rong)量(liang)約為(wei)每年(nian)600萬副，其它的(de)(de)(de)體(ti)育項(xiang)目(mu)應(ying)用還包(bao)括冰球(qiu)(qiu)(qiu)棍、滑雪杖等。碳纖(xian)(xian)維還應(ying)用在劃船、賽艇等其它海洋運(yun)動中(zhong)。

風力發電機

葉片世界上風力發電機組的發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域也具有廣闊的應用前景。當風力發電機功率超過3MW，葉片長度超過40米時，傳統玻璃纖維復合材料的性能已經趨于極限，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。