碳纤维复合材料的应用有哪些-结构建材-有货号

碳纤维复合材料的应用有哪些

普通碳-石墨制品的脆性，是碳素材料的最大弱点。多年来人们为提高碳素制品的可挠性和机械强度，进行了广泛深入的研究。

从20世纪60年代初期开始发展起来的碳纤维及其复合材料，由于具有很高的比强度、比刚度等优异特性，在工程应用上越来越受到重视。

碳纤维系采用天然纤维或人造纤维在一定条件下经加工和碳化而成。如果用来制造复合材料，则碳纤维还要经过一系列表面处理。由于聚丙烯腈合成纤维含碳量高，工业上普遍用它作原料。原料丝首先利用一般纺织机械将纤维丝束整成卷，或拉成无纬布。

为了提高碳纤维的强度和弹性模量，常常在碳化之前先经预氧化，预氧化是在预氧化炉中于210-230℃高温下进行的。预氧化可以加速聚丙烯腈分子形成环链的芳香结构，使分子间牢固地结合在一起。然后在非氧化性气纸中于1000-1100℃的高温下进行碳化，如果最终希望得到石墨化纤维，则需进一步在2500-3000℃下经过石墨化处理。

碳纤维与普通碳-石墨制品一样，具有优良的耐热和耐腐蚀性能，但导热性却保持了原料纤维的特点，比较低。因此，常将碳纤维织成碳布或碳毡用作感应炉和电阻炉的热屏蔽材料。石墨化的纤维则有较高的导热率，作为发热元件可以在真空或惰性气体炉内用到2500℃。

石墨化纤维编织成石墨纱经聚四氟乙烯浸渍，用于输送腐蚀性介质的化工泵的城料密封，不仅有良好的密封性，且使用寿命长。碳纤维复合材料有碳纤维/树脂、碳纤维/金属、碳纤维/碳等各种制品，其中以碳纤维增强树脂的复合材料应用最多。玻璃纤维的比强度与碳纤维差不多，但比刚度却低很多。

显然，碳纤维/树脂复合材料比玻璃钢有更优越的性能。目前碳纤维复合材料在航空工业上已得到广泛应用，在汽车工业、原子能工业中亦逐步扩大使用范围。利用这种材料的高比强度、高比刚度和优异的耐蚀性，用作化工机械的高速回转件如离心机转鼓、泵的叶轮或压力容器等无疑具有良好的应用前景。

碳纤维复合材料有哪些重点应用领域

复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。

尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现，使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。

美国国防部在2025年国防材料发展预测中提到，只有复合材料能够将强度、模量和耐高温的指标在现有基础上同时提高25%以上。正是如此，复合材料正成为航空以及国防装备的关键材料。一、航空航天领域纤维增强复合材料在飞机上的应用最早可以追溯到30年前，美国海军F-14和空军F-15战斗机尾翼部分采用硼纤维环氧树脂材料。在这之后，人们发现了碳纤维复合材料的优异性能，开始逐渐应用在军队及运输机上。

碳纤维复合材料首次被应用在飞机上，主要是一些二级结构，包括整流罩、控制仪表盘和小的机舱门。但随着工艺技术的进步，碳纤维复合材料也逐渐被用于机翼、机身等其它部分。航天工业之所以选择使用碳纤维复合材料，不仅是因为这种材料能够减轻机身重量，同时其具备耐腐蚀、抗疲劳等优良特性。

但是与传统金属材料相比，碳纤维复合材料由于成本过高仍然未被广泛应用。二、汽车工业碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势顺应了汽车工业轻量化的发展需求，特别是随着新能源汽车的发展，碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。鉴于碳纤维复合材料具备的优异性能，目前已经逐渐开始被应用到国外汽车内外饰、底盘以及电器元件当中。

未来，碳纤维复合材料以及热塑性复合材料等在汽车工业上的应用将替代传统的金属零部件。三、海洋船舶上世纪40年代，美国海军首次将碳纤维复合材料用于船舶建造。得益于它在海水环境中表现出的优异性能，在海洋船舶中的应用非常广泛。

复合材料优异舒适性的设计理念和无缝船体的优势进一步推动了各种复合材料船舶的开发。近年来，碳纤维复合材料在船只上的使用不断增加，主要包括船壳、地板、甲板、舱壁，以及管道系统、油箱等上层建筑。碳纤维复合材料的应用不仅降低了制造和维修成本，改善外观，还可以减轻吨位，提高安全性。四、风力发电在风力发电领域，复合材料是制造风力发电叶片及其它重要结构部件的主要材料，叶片90%以上重量由复合材料组成，能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求。

随着大丝束碳纤维的广泛应用，碳纤维价格的不断降低，碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种趋势。未来风力发电叶片制造中，碳纤维代替部分玻璃纤维应用于叶片、且用量逐步增加是高性能碳纤维复合材料发展的必然结果。体育用品目前，碳纤维增强复合材料在体育器材领域已形成了较大的市场。随着体育运动对运动器材越来越苛刻的要求，将碳纤维增强复合材料运用到体育用品中来是21世纪体育器材的一大趋势。

自行车20世纪80年代中期，意大利、法国、英国和美国相继开发成功了用碳纤维管和铝合金接头粘接成车架的碳纤维自行车。其车架重量较铬钼钢车架轻，强度、刚度却比铬钼钢车架高，因此一经研制成功，便被用作专门的比赛用车。曾获得男子自行车公路赛冠军的德国著名车手乌尔里希的“坐骑”就是用碳纤维增强复合材料作的支架，质量仅7.5 kg。目前一般使用树脂传递模塑工艺(RTM)来批量生产自行车。

高尔夫球杆1972年美国Shakespear公司用长丝缠绕法制成高尔夫球杆，同年，美国的G．Brewer采用CFRP(碳纤维增强复合材料)制成球杆，此后，为了适应球的飞行距离和方向稳定性要求，在重量、尺寸和负荷等方面加以改善。现在高档的高尔夫球杆，采用碳纤维复合材料，密度小，强度高，弹性高，耐冲击，使高尔夫球杆变得可多次重复使用，而且也使运动员可充分发挥挥杆打球的力量和技术。钓鱼竿碳纤维增强复合材料制成的钓鱼竿比GFRP制品或竹竿都要轻得多，使其在撒竿时消耗能量少，而且撤竿距比后者远20%左右。

CFRP所制的钓鱼竿长而好，刚性大，钓鱼竿在弯曲之后能迅速复原，使其传递诱饵的感觉较为灵敏。现在已有商品销售，用碳纤维增强塑料还可以制成渔具的卷铀，其重量不超过140克，但它的疲劳强度高，耐摩擦，因而使用寿命长。网球拍目前世界上高、中档网球拍大多是用碳纤维复合材料制成的。

最早把碳纤维应用于网球拍的是1974年美国Chemold等公司。碳纤维复合材料可制大型网球拍，减震吸能性能好，设计自由。与其他材料相比，碳纤维应用于网球拍有以下优势：①可制造大型网球拍：与过去木制的相比，在同样重量下，球拍面积可增加1.5倍左右，网线的张力比普通拍提高2O%～45%。②减震阻尼性能好：碳纤维复合材料的减震阻尼性能出类拔萃，它不易起振，起振后也易停振。

③设计自由度大。羽毛球拍碳纤维增强复合材料刚成的羽毛球拍其特点是重量轻、刚性大、避免了木制品因其刚性不足而造成的断把现象，同时它还具有与上述网球拍一样的优点。滑雪板用碳纤维增强复合材料制造的滑雪板，其特点是刚性大，耐摩擦，在转弯、斜坡和越野赛中脚底用力较小。

用CFRF制造的滑雪杖在运动界也享有盛名。其特点是刚性大、重量轻，一般在150克左右。

碳纤维复合材料在建筑中的运用

　碳纤维复合材料是随着军事工业发展起来的新型材料，它主要由碳元素组成的特种纤维，含碳量90%以上，拥有一般碳素材料的特性，例如耐高温、耐摩擦、导电、导热以及耐腐蚀等，既可以作为结构材料，又能作为功能材料发挥作用，被誉为21世纪的新材料。它在航天、汽车、化学、能源、交通、建筑等众多领域都有应用。

碳纤维加固:1984年，伊拉克的Kajima首次使用了碳纤维增强混凝土外墙墙板，随后，日本的的一栋大楼也使用了碳纤维墙板，减轻了40%的重量。

现在较为常见的建筑材料为碳纤维增强混凝土、碳纤维棒材、碳纤维片材等。除了补强加固房屋，还可以用于制作非承重墙、防水房顶涂层、电磁屏蔽和导线板、防腐蚀涂层、耐磨铺地材料等。不同于国外，中国将碳纤维使用在建筑材料时间要晚一些，而且多用于建筑的加固工程，其作用机理是利用树脂将碳纤维片粘贴在混凝土表面，形成一个共同作用体，充分发挥它的优越性，进而达到修复加固的效果。不过经过这么多年，也有了一定的市场。

用碳纤维加固建筑，方法简单，效果好，对施工环境没有特殊的要求，也不会动用到大型机械，受到专业人士的欢迎。每年，碳纤维的产量都在增加，市场也在不断扩大，它在筑领域的应用前景是非常广阔的。