大家如果關(guān)注過跑車的新聞，應(yīng)該會對碳纖維這個詞比較眼熟，因為超級跑車、賽車運動都很喜歡用碳纖維作為車身車體的材料，它幾乎是超跑的寵兒，只要和它相關(guān)的，必定是很高端的車型。在其他領(lǐng)域中，也有碳纖維的使用，那你知道碳纖維到底是什么材料嗎，它為什么這么受歡迎呢？

在碳纖維使用時，通常是將碳纖維作為樹脂、陶瓷或金屬為基體制成的復(fù)合材料的增強材料。由于碳纖維復(fù)合材料具有極高的機械特性（比拉伸強度、比模量）和其他特性（低密度、低熱膨脹系數(shù)、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等），因此碳纖維廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用。這些特點使碳纖維變得如此獨特和與眾不同，這也是幾乎所有制造業(yè)都喜歡使用碳纖維的原因。

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 是什么讓碳纖維復(fù)合材料如此獨特？


碳纖維復(fù)合材料在航空航天、工業(yè)制造、汽車生產(chǎn)、高端醫(yī)療等領(lǐng)域，主要是由于碳纖維復(fù)合材料性能優(yōu)越，能夠取代傳統(tǒng)金屬材料等其他材料，碳纖維復(fù)合材料主要有哪些性能優(yōu)勢？

1、密度低強度高

碳纖維復(fù)合材料密度很低，只有1.7g/cm3左右，只有鋁合金的1/2，鋼材的1/5。碳纖維復(fù)合材料不僅在輕量化方面更具優(yōu)勢，其高強度和高模量也讓碳纖維復(fù)合材料能夠取代更多的傳統(tǒng)金屬材料。據(jù)博實無人機客戶反饋得知，使用碳纖維復(fù)合材料制作無人機機殼、機架等部件，可以采用一體化成型工藝，可以減少60%的重量，能夠減少燃料的使用量，并且整機的使用壽命也能得到大幅度提升。

2、耐熱性

碳纖維是經(jīng)過高溫碳化制備而成，理論上耐受溫度能夠達(dá)到2500℃，目前市面上常見的碳纖維復(fù)合材料是采用環(huán)氧樹脂基，最多可耐受300℃的溫度。以陶瓷、金屬、碳作為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料，可以耐受2000℃以上的溫度，但是其使用環(huán)境要求十分苛刻，生產(chǎn)工藝要求也非常高，所以多出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域。

3、熱膨脹系數(shù)小

碳纖維復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)較小，可以在溫度瞬間上升幾千攝氏度的條件下不會發(fā)生炸裂。將碳纖維復(fù)合材料與其他材料同時放置于相同溫度環(huán)境下，碳纖維復(fù)合材料不會膨脹變形，所以在精密度要求高的結(jié)構(gòu)件上都采用碳纖維復(fù)合材料，比如空間望遠(yuǎn)鏡的筒身、機器人手臂等。

4、使用壽命長

碳纖維復(fù)合材料的抗腐蝕性能也是比較優(yōu)秀，一般酸堿鹽的腐蝕都奈何不了它，除了重鉻酸鹽、濃硝酸和次氯酸外等強氧化劑。碳纖維復(fù)合材料有著優(yōu)秀的耐水性和抗?jié)駸崂匣卣?，即使在潮濕環(huán)境中也不會發(fā)生水解反應(yīng)，比較適合一些長期需要暴露在自然環(huán)境中的結(jié)構(gòu)件使用，能夠延長其使用壽命。

除上述的性能優(yōu)勢外，碳纖維復(fù)合材料的透光性也十分優(yōu)秀，其X射線的透過率高達(dá)98%，利用這一特性，可以用于醫(yī)療放射醫(yī)療床板的制作，不僅可以減少X射線對人體的傷害，還可以讓造影更加清晰。

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碳纖維復(fù)合材料可產(chǎn)生什么價值？

下一代碳纖維復(fù)合材料，如預(yù)浸料復(fù)合材料，可將乘用車重量減少50%，并在不影響性能或安全的情況下將燃油效率提高約35%；以今天的汽油價格計算，這一進(jìn)步可以在汽車的整個使用壽命期間節(jié)省超過 5,000 美元的燃油。除了用于制造汽車和卡車外，碳纖維的進(jìn)步將有助于制造商降低成本，改善風(fēng)力渦輪機葉片和塔架、電子設(shè)備、儲能部件和輸電線路的性能。

此外，在 3D 打印技術(shù)中，碳纖維復(fù)合材料的存在正在增加價值。這是一種用于多種應(yīng)用的復(fù)雜技術(shù)，不需要大型設(shè)備設(shè)置。該技術(shù)可用于在短時間內(nèi)打印多個對象。

與其他金屬材料相比，連續(xù)碳纖維用于 3D 打印具有更高的強度和剛度。碳纖維的含量和取向是可控的，這簡化了優(yōu)化過程。使用碳纖維的3D打印還可以在航空航天、汽車和牙科等各種終端行業(yè)的零件制造中實現(xiàn)高精度。這項技術(shù)將徹底改變碳纖維的制造工藝，并將為市場參與者提供重大機遇。

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 為什么碳纖維復(fù)合材料價格這么貴？

用于加工碳纖維的原料是一種類似用于毛衣和地毯的纖維，價格不貴，每磅3美元。但將其從前驅(qū)體加工成碳絲需要將其加熱數(shù)小時。此外，還有50%的浪費。在溫度超過1000攝氏度的情況下，經(jīng)過三次加熱循環(huán)后，電費是相當(dāng)昂貴的。在制備復(fù)合材料時需要加入樹脂來固定其最終形狀。搞砸了，需要從頭開始。

總而言之，碳纖維起價可能為每磅3美元，但當(dāng)它到達(dá)自行車車架制造商時，預(yù)浸復(fù)合材料織物的價格將接近每平方米20美元。再加上1000小時以上的開發(fā)勞動時間、一些錯誤、大量浪費，4000美元碳纖維自行車車架聽起來就不再那么貴了。此外，制造和組裝機器并不是唯一需要考慮的技術(shù)成本因素。

新的復(fù)合材料制造軟件即將上市。例如：設(shè)計仿真軟件以縮短設(shè)計周期；用于分析效率損失來源的成本建模軟件；基于知識的工程產(chǎn)品，以降低勞動力成本。因此，軟件供應(yīng)商也在推出產(chǎn)品，以幫助提前識別制造風(fēng)險。這將在錯誤發(fā)生之前減少代價高昂的錯誤，進(jìn)一步減少循環(huán)時間和碳纖維制造成本。

上述所有因素將碳纖維復(fù)合材料/預(yù)浸料復(fù)合材料的成本推到如此之高地步。就應(yīng)用而言，碳纖維市場在價值和數(shù)量上均以復(fù)合材料市場為主導(dǎo)。這種增長是由于碳纖維復(fù)合材料在航空航天、國防、汽車和風(fēng)能等行業(yè)的廣泛應(yīng)用。碳纖維制造和碳纖維加工的可擴展性和范圍遍布全球各地，尤其是歐洲擁有碳纖維市場的較大市場份額，因為它有大量海上風(fēng)能裝置，隨后是在英國和德國。

盡管制造商們正專注于生產(chǎn)低成本碳纖維，但大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化仍需要時間。為了有效降低纖維成本，必須通過大規(guī)模生產(chǎn)降低碳纖維的成本。由于碳纖維成本高，其應(yīng)用仍然受到限制，因此其特性的獨特性和最終產(chǎn)品的高昂價格是合理的。

文章來源： 江蘇博實碳纖維，碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)