碳纤维的用途

1、碳纤维的用途吴锦海 学号：202113007304论文摘要：由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、根底设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、别离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有 出色的表现。论文关键词：碳纤维复合材料用途碳纤维是一种高性能纤维，它是指有机纤维经高温碳化后，形成的含碳量在85%以上的碳素纤维。顾名思义，它不仅具有碳材料的优良特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代的增强纤维。碳纤维具有高

2、比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。它既可以作为结构材料的增强剂承载负荷，又可作为功能材料发挥作用，因而广泛应用于航空航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域。目前，几乎没有 其它任何一种材料能兼具如此众多的特性。从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料 的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。碳纤维的性能参数：碳纤维的密度是1.62.15g/cm3,拉伸强度在2.2GPa以上，模量在230GPa以上。拉伸强度变化范围为2

3、5487056MPa模量为2.305.88 X 105MPa断裂伸长为0.6%2.4%高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小。 因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。近些年来，碳纤维等先进复合材料行业开展十分迅速，碳纤维在高端复合材料市场中应用已相当普及，主要包括军民用航空、体育休闲及民用工业三大领域。在军用航空领域，高性能碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体、发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力上，其中碳/碳和碳/酚醛复合制品是弹头端头和发动机喷管的重要防热材料；在卫星构件上，高模量MJ系列碳纤

4、维主要应用于卫星承力筒、桁架、 夹层面板及电池板支架。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件，当前战斗机上碳纤维复合材料的用量已到达25%A上，军用直升机用量那么高达50咐上。在民用航空领域，高端碳纤维增强材料主要应用于民用大型飞机的制造。前两年每年世界上交付使用的波音和空客数量大约为250350架，而空中客车A350中复合材料用量已接近总重量的40%空中客车A380约22%询碳纤维增强材料；波音787客机复合材料中的50%使用了碳纤维，因减重而可节省20%勺燃料。未来几年，民用大型飞机的市场需求量还将不断提升。据空客全球市场预测?估算，从现在

5、起到2025年间，世界各大飞机运营商共需要新增22700架客机和货机，高性能碳纤维将更广泛的应用于B787及A380的生产。该类航空器的产量扩张将使本领域内碳纤维复合材料的用量以年均12 %左右的速度增长，估计到2021年其需求量会到达10000吨左右，2021年那么可到达13000吨。在体育休闲领域，碳纤维增强材料主要应用于高尔夫球棒、 钓鱼杆、网球拍框架及碳纤 维自行车制作。据估计，目前世界范围内高尔夫球棒的年产量为3400万副，主要产地在美国、日本、中国大陆和台湾；碳纤维钓鱼杆的年产量约为2000万副，网球拍框架的全球市场容量为600万副/年。碳纤维自行车近些年来在欧美等国家十分流行。这

6、些国家的人民生活水平普遍较高，自行车更多的应用于休闲健身及环保出行，对产品追求更多的是轻质高强，这就给碳纤维自行车创造了极大的市场空间。目前，美国、英国、中国大陆及台湾地区都已开发生产出碳纤维自行车车架及整车，台湾捷安特公司曾一度获得年产100万辆碳纤维自行车的订单，而国内企业浙江力霸皇集团也在2021年前五个月创造了出口欧盟7000辆碳纤维自行车的营销佳绩。可以肯定，随着碳纤维生产本钱不断降低，加之未来人们的环保意识加强及低碳经济流行，国内外碳纤维自行车市场将会开展更快，较低价位的碳纤维自行车将逐步走进百姓生活。以国内08年8700万辆左右的自行车产量，碳纤维自行车以其优越性能，合 理 的

7、价位，预计将很快覆盖2%的市场，并会在国内成为年轻人的时尚潮流。在一般的民用工业领域，近些年来碳纤维增强材料的应用比例一直呈现明显的上升态势，其中风电产业领域最值得关注，具备出众抗疲劳性能的碳纤维材料被选作为风力机叶片中理想的增强材料之一，碳纤维在该领域的应用到2021年后将成为继航空航天领域后的第二大市场。据相关部门统计：全球2021年应用于大型风电机组叶片上的碳纤维用量已达6000吨/年，预计到2021年之后该领域对碳纤维的需求量将会增长到10000吨/年以上。汽车产业是除风电产业外碳纤维产品在民用工业领域应用的又一大市场。据相关资料统计，碳纤维应用于汽车主要是取代局部钢制零部件：碳纤维复

8、合材料传动轴、 汽车尾翼及引擎盖已在汽车上广泛应用，车体重量也大幅度下降，一般来说可以减重40%左右，相应地可节省30%以上的燃油消耗和尾气排放。由于减重、节油和环保是该产业重要的效益指标，因此碳纤维在该领域的应用引起了世界各国政府和相关企业的重视：美国已先行投资1.95亿美元执行一个汽车车体轻量化的5年开展方案；日本的日产汽车和本田汽车企业也将与东丽公司联手开发汽车车体用新型碳纤维材料，合作企业还包括三菱丽阳和东阳纺织，该合作工程方案2021年以后开始实现量产。除上述产业外，碳纤维增强材料在土木工程、油气田开发、高压容器、电力传输、纺织机械部件等民用工业领域的其它产业应用中也相当广泛。以土木

9、工程为例，目前美国已有3000座桥梁采用了碳纤维进行加固补强；在沿海油气田开发产业中，碳纤维主要应用于各种平安绳索的制备，据测算美国每年用在该类平安绳索上的碳纤维量保持在1000吨左右；在电力传输产业中，碳纤维主要应用于复合材料缆芯部件的制备，美国在该领域的年市场需求预计2021年以后也将到达1000吨左右。以上几大产业领域为碳纤维复合材料当前和今后数年内主要的应用市场。虽然整体应用范围在今后数年内都不会有太大变化， 但是三大领域之间的应用比例却有较大改变。统计表明，国际碳纤维市场中航空业的应用比例近些年来有所上升，已经超过了20%体育休闲领域的应用比例已降至20%以下；而民用工业领域的应用比

10、例那么已超过了60%从整体供需状况上看，目前世界上碳纤维的主要消费地区仍然集中分布在美国、欧洲和日本。日本东丽公司的统计预测说明：世界碳纤维需求量将以每年13%左右的速度增长，2021年PAN碳纤维的全球市场容量将到达5万吨左右，到2021年将到达6万吨，2021年将到达88000吨，而到2021年将到达10万吨。为满足不断增长的需求，世界七大碳纤维 制造商都已方案在未来的35年内实现扩产，市场供给短缺、价格暴涨的碳纤维危机时代 已经过去，世界碳纤维市场在未来几年的市场竞争将日趋剧烈从应用领域上看，近期我国碳纤维产品的消耗比例为：体育休闲领域60%,一般民用工业领域30%，航空航天领域10%,而这一应用比例并不与国际市场接轨。国际市场上高 端碳纤维产品有着更大的市场空间，而体育休闲用碳纤维产品市场那么需求