無處不在的碳纖維
提起碳纖維，很多人都會感覺陌生又熟悉。熟悉的是好像處處都能聽到碳纖維這種材料，陌生的是碳纖維具體在哪些方面有所應用，又難以一時間說出來。
其實在複合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂複合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的複合材料相繼研製成功，效能不斷得到改進，碳纖維的應用也隨之不斷擴充套件。
01
什麼是碳纖維？
碳纖維是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成，含碳量高於90%的無機高效能纖維，是一種力學效能優異的新材料，具有碳材料的固有本性特徵，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代的增強纖維材料。
通俗的來說，碳纖維就是普通的纖維塑膠經過碳化構造出來的新型複合新材料。
02
碳纖維的性質
這種材料六七根捆在一起才有一根頭髮那麼細。
就是這麼纖細的材料，它的比重不到鋼的1/4，硬度卻是鋼鐵的八九倍，而且還可以隨意變形。
碳纖維樹脂複合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高於鋼。
碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。
限制這種材料大面積使用的主要制約因素還是由於其過於複雜的工藝流程與原材料抬高了價格，而且這種材料雖然好，卻也有一個致命的缺陷——碳纖維具有不可修復性。
這使得本來就昂貴的碳纖維造物變得像藝術品一樣脆弱，像跑車中的碳纖維零部件，受到的損傷都是不可修復的，只能整套換。
03
碳纖維的應用
碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體複合，製成結構材料。
碳纖維增強環氧樹脂複合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。
在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維複合材料都頗具優勢。
碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，還廣泛應用於體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。
隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。
80年代初期，高效能及超高效能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標誌著碳纖維的研究和生產已進入一個高階階段。
由碳纖維和環氧樹脂結合而成的複合材料，由於其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。
因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。
所以，在航空航天工業中爭相採用先進複合材料
。有一種垂直起落戰鬥機，它所用的碳纖維複合材料已佔全機重量的1/4，佔機翼重量的1/3。
現如今在航空航天領域最主要的應用還是在於工業化民用飛機領域，一來飛機不容易受損，二來飛機受損必然是要整體進行更換的，其重量輕，硬度高的特點得到了最大的發揮。
F1（世界一級方程錦標賽）賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料
。
頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結構強度。
像跑車內部的駕駛艙一般都是使用碳纖維製作，就算車出現重大事故，一般的外殼受損，駕駛艙也能保證完好無損。
04
碳纖維在我國的發展
歐美日企業早在上個世紀七十年代就已經大力研發碳纖維，彼時的碳纖維還未得到發展，只是作為美國航空航天戰略的備用材料之一，因其在惡劣的環境中出色的表現而逐漸得到研發與重視。
我國的碳纖維材料與我國的其他新材料面臨著相同的處境——起步晚，科研力量比較薄弱。
但中國一直在新材料領域大步前行，重點發展，碳纖維也是國家的重點發展專案之一。
而從需求結構來看，2020年我國碳纖維下游需求主要來源於風電葉片以及體育休閒，需求量分別為2、1。46萬噸。
從需求增速來看，碳碳復材、風電葉片及壓力容器這三個領域的需求增速排在前列，同比增速分別為150％、44。93％、33。33％。
“碳中和”與“碳達峰”等政策落地，清潔能源發展力度加碼，風電、氫能、光伏均迎來發展機遇，將是我國碳纖維需求高速成長的主要驅動力。
在日常生活中，由於其輕便而堅固的特點，性質穩定，在很多產品中都能有不俗的表現，如在體育用品中，高階網球拍、高爾夫球杆、釣魚杆等。
在音樂器材中，碳纖維吉他不僅重量輕，耐用，發音效果還很好。
而在高階的產品中，往往都會用碳纖維製品做裝飾材料，讓其擁有高質感的外觀。
好的頭盔也往往會摻雜一些碳纖維，使其更加輕便耐用。
目前碳纖維由於成本過高只能往往出現在高階產品中，行業研究的主要方向還是集中在降低材料成本與提高材料效能方面。（來源：嚴說一點）
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