碳纖維是新型材料的一種，展現(xiàn)出了非常優(yōu)異的高性能性，被稱為“新材料之王”“黑色黃金”。現(xiàn)如今非常多的領(lǐng)域中都有其身影，小到錢夾、魚桿，大到高鐵、飛機、衛(wèi)星都是碳纖維大展身手應(yīng)用的領(lǐng)域。從20世紀80年代開始，我國大力開展碳纖維技術(shù)研發(fā)，近年來取得非常顯著的成果，完成了大絲束高性能碳纖維的生產(chǎn)，使得我國成功躋身宇航級碳纖維技術(shù)的國家。并且在國內(nèi)的航空航天等高性能行業(yè)領(lǐng)域中成功的完成碳纖維制品的生產(chǎn)。本文就帶大家更深度的了解碳纖維材料的神奇之處。

　　碳纖維的神奇之處

　　第一是細如發(fā)絲，細如發(fā)絲其實表達都不夠，碳纖維直徑只有5-8微米，大概是頭發(fā)絲的十分之一，這給碳纖維帶來了更多可能性，能夠多絲束整合，帶來更高的性能優(yōu)勢。

　　第二是輕如鴻毛，碳纖維絲密度很低，只有1.6g/cm3，是鋼的五分之一、鈦的五分之二、鋁的五分之三。這在輕量化應(yīng)用上面，能夠起到非常好的效果，實際的應(yīng)用上，比如一輛碳纖維自行車，重量只有5kg，一個女性就能輕松提起來。包括碳纖維應(yīng)用的擔(dān)架、行李箱產(chǎn)品也能夠變得更輕松，那對于飛機、汽車來說，就為碳環(huán)保、能耗降低了非常多，同時在降低自重的情況下，又能夠使得性能得到非常好的提升。

　　第三是強如鋼鐵，在碳纖維材料制品的應(yīng)用上面，更多的就是取締傳統(tǒng)的鋼鐵產(chǎn)品，碳纖維材料的強度非常高，軸向強度可以達到鋼材的八倍。更高模量的碳纖維絲束，一束12K的碳纖維可以輕松承受130kg的重量。

　　第四是穩(wěn)如磐石，碳纖維具有良好的耐腐蝕性能。碳纖維可以耐受各種酸、堿、油等腐蝕介質(zhì)，甚至在海洋環(huán)境下也能表現(xiàn)出較好的抗腐蝕性能，超過了黃金和白金。這使得碳纖維在航空航天、海洋工程等領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用的潛力，可以延長產(chǎn)品的使用壽命。它的膨脹系數(shù)接近0，在負100攝氏度到正100攝氏度之間，它的尺寸基本保持不變。具有非常好的抗疲勞性。

　　第五是耐溫如巖，碳纖維本身就是在經(jīng)過幾千攝氏度下提煉出來，含碳量高達90%以上的無機纖維，使其在高溫環(huán)境下依然保持穩(wěn)定，可承受高達3000攝氏度的溫度而不受損。這使得碳纖維在航空航天、能源等領(lǐng)域中扮演著重要角色，能夠應(yīng)對極端條件下的工作要求。(制作成為產(chǎn)品需要看其基體的耐高溫性。)

　　碳纖維的高性能應(yīng)用

　　眾所周知，碳纖維是新能源、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新型結(jié)構(gòu)材料，更是大型飛機、衛(wèi)星、船舶等裝備研制和更新?lián)Q代的重要基礎(chǔ)。

　　2017年之前，我國的碳纖維以進口為主，自2017年始，國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能擴張加速。2019年，中國碳纖維產(chǎn)量首次超過萬噸，之后便開始一路狂飆。2021年，中國大陸的碳纖維產(chǎn)能首次超過美國，并成為世界上最大的碳纖維生產(chǎn)國，2022年中國碳纖維的國產(chǎn)化率首次超過一半。當(dāng)前中國碳纖維市場已占全球55.1%的份額，具有舉足輕重的地位。短短幾年時間，中國碳纖維行業(yè)就實現(xiàn)了國外60年的發(fā)展。

　　第一，高性能需求領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域就是碳纖維復(fù)合材料重要的應(yīng)用領(lǐng)域，中國已經(jīng)成為世界上第三個自主擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，在這方面碳纖維是功不可沒的。北斗衛(wèi)星，看起來就像一座房子帶著兩只翅膀，它的房子和翅膀都是用碳纖維復(fù)合材料做的。

　　首先，衛(wèi)星要裝足夠多的儀器設(shè)備，要求它的結(jié)構(gòu)重量比要小于5%，所以必須用碳纖維;其次，衛(wèi)星的天線、相機等設(shè)備要求很高的精度，要解決熱變形的問題，碳纖維正好有這方面的優(yōu)勢，所以現(xiàn)在包括北斗衛(wèi)星在內(nèi)的高性能衛(wèi)星都是碳纖維復(fù)合材料化的衛(wèi)星。

　　第二，日常生活領(lǐng)域，你比如體育競技領(lǐng)域上，碳纖維在體育器材上已經(jīng)應(yīng)用廣泛。碳纖維的網(wǎng)球拍現(xiàn)在已經(jīng)成為冠軍選手必備的裝備。用碳纖維制作的網(wǎng)球拍，最高球速可以達到每小時將近250公里，但是高性能的鋁合金網(wǎng)球拍只能達到每小時200公里左右，速度提高了20%以上。剛剛退役的網(wǎng)球運動員費德勒，就是用Pro staff這種碳纖維網(wǎng)球拍獲得了20屆大滿貫的冠軍。

　　第三，之后高性能工業(yè)革命應(yīng)用，碳纖維將是第四次工業(yè)革命一個重要物質(zhì)支撐。即將到來的星際航行、清潔能源和人工智能時代，碳纖維也將大有作為。人類要進入宇宙空間，要探索月球，要進行載人登月，要探測火星，也有可能要進行載人火星探測，要探索其他行星和小行星。無論進入宇宙空間到駐留宇宙空間，再到探索宇宙空間，包括今后建立宇宙空間的科考站，碳纖維都是不可或缺的。

　　你包括之后的物聯(lián)網(wǎng)時代，智能化機器人將會在更多領(lǐng)域中得到應(yīng)用，那這些智能化機器人在實際的應(yīng)用中，對于自身的結(jié)構(gòu)重量就要求比較高，要更輕的質(zhì)量才能更好的完成續(xù)航，也能夠快速響應(yīng)。以及熱塑性碳纖維的研發(fā)如火如荼，更高性能表現(xiàn)下的碳纖維復(fù)合材料將會在越來越多的領(lǐng)域中起到非常好的重要的作用。