碳纖維是新型材料的一種，展現出了非常優(yōu)異的高性能性，被稱為“新材料之王”“黑色黃金”�，F如今非常多的領域中都有其身影，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用的領域。從20世紀80年代開始，我國大力開展碳纖維技術研發(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，使得我國成功躋身宇航級碳纖維技術的國家。并且在國內的航空航天等高性能行業(yè)領域中成功的完成碳纖維制品的生產。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。這在輕量化應用上面，能夠起到非常好的效果，實際的應用上，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。包括碳纖維應用的擔架、行李箱產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用上面，更多的就是取締傳統(tǒng)的鋼鐵產品，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，甚至在海洋環(huán)境下也能表現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、海洋工程等領域中具有廣泛應用的潛力，可以延長產品的使用壽命。它的膨脹系數接近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、能源等領域中扮演著重要角色，能夠應對極端條件下的工作要求。(制作成為產品需要看其基體的耐高溫性。)
碳纖維的高性能應用
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)略性新興產業(yè)發(fā)展的基礎，也是重大基礎設施建設的新型結構材料，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。
2017年之前，我國的碳纖維以進口為主，自2017年始，國產碳纖維產能擴張加速。2019年，中國碳纖維產量首次超過萬噸，之后便開始一路狂飆。2021年，中國大陸的碳纖維產能首次超過美國，并成為世界上最大的碳纖維生產國，2022年中國碳纖維的國產化率首次超過一半。當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)就實現了國外60年的發(fā)展。
第一，高性能需求領域，航空航天領域就是碳纖維復合材料重要的應用領域，中國已經成為世界上第三個自主擁有衛(wèi)星導航系統(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合材料做的。
首先，衛(wèi)星要裝足夠多的儀器設備，要求它的結構重量比要小于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，所以現在包括北斗衛(wèi)星在內的高性能衛(wèi)星都是碳纖維復合材料化的衛(wèi)星。
第二，日常生活領域，你比如體育競技領域上，碳纖維在體育器材上已經應用廣泛。碳纖維的網球拍現在已經成為冠軍選手必備的裝備。用碳纖維制作的網球拍，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。剛剛退役的網球運動員費德勒，就是用Pro staff這種碳纖維網球拍獲得了20屆大滿貫的冠軍。
第三，之后高性能工業(yè)革命應用，碳纖維將是第四次工業(yè)革命一個重要物質支撐。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)網時代，智能化機器人將會在更多領域中得到應用，那這些智能化機器人在實際的應用中，對于自身的結構重量就要求比較高，要更輕的質量才能更好的完成續(xù)航，也能夠快速響應。以及熱塑性碳纖維的研發(fā)如火如荼，更高性能表現下的碳纖維復合材料將會在越來越多的領域中起到非常好的重要的作用。
