碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強(qiáng)度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕性強(qiáng)、比耐熱鋼耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。碳纖維主要被制成碳纖維增強(qiáng)塑料這種復(fù)合材料來應(yīng)用。
每一根碳纖維由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5滋m～8滋m。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，由一層層以六角型排列的碳原子構(gòu)成。碳纖維與石墨兩者的差別在于層與層之間的連接。石墨是晶體結(jié)構(gòu)，它的層間連接松散，而碳纖維不是晶體結(jié)構(gòu)，層間連接是不規(guī)則的，這樣可防止滑移，增強(qiáng)物質(zhì)強(qiáng)度。
一般碳纖維的密度為1750kg/m3，導(dǎo)熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容量亦比銅低。當(dāng)加熱的時(shí)候，碳纖維會(huì)變厚、變短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但科學(xué)家可以把它染成不同的顏色。
我國碳纖維產(chǎn)品市場現(xiàn)狀
我國碳纖維的生產(chǎn)和使用尚處于起步階段,，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)能力僅占世界高性能碳纖維總產(chǎn)量的0.4％左右，國內(nèi)用量的90％以上靠進(jìn)口。而PAN原絲質(zhì)量一直是制約我國碳纖維工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的瓶頸。另外，碳纖維長期以來被視為戰(zhàn)略物資，發(fā)達(dá)國家一直對外實(shí)行封鎖。因此,業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之本，是發(fā)展國內(nèi)碳纖維工業(yè)的根本出路。
我國早在上世紀(jì)六七十年代就開始了碳纖維的研究工作，幾乎與世界同步。經(jīng)過30多年的努力，已經(jīng)研制出接近日本東麗公司T300水平的碳纖維產(chǎn)品，但產(chǎn)量和品質(zhì)都遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，與國外差距甚遠(yuǎn)。與國際先進(jìn)水平相比，國產(chǎn)碳纖維的突出問題是碳纖維強(qiáng)度低，均勻性和穩(wěn)定性都較差，發(fā)展水平比發(fā)達(dá)國家落后了近20年～30年，而且生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)設(shè)備落后，生產(chǎn)效益不理想。
目前全球碳纖維產(chǎn)能約3.5萬噸，我國市場年需求量6500噸左右，屬于碳纖維消費(fèi)大國，但我國碳纖維2007年產(chǎn)量僅200噸左右，而且主要是低性能產(chǎn)品，沒有形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè)，絕大部分依賴進(jìn)口，價(jià)格非常昂貴，比如標(biāo)準(zhǔn)型T300市場價(jià)格每千克曾高達(dá)4000元~5000元。由于缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐，國內(nèi)企業(yè)目前尚未掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù)。我國碳纖維的質(zhì)量、技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模與國外差距很大，其中高性能碳纖維技術(shù)更是被日本及西方國家壟斷和封鎖。因此碳纖維要真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化需要一個(gè)漫長的過程。由于市場短缺，近年來國內(nèi)出現(xiàn)了“碳纖維熱”，眾多科研院所和企業(yè)紛紛啟動(dòng)了碳纖維研究或千噸級產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。雖然當(dāng)前國內(nèi)市場對碳纖維產(chǎn)品需求較大，但盲目發(fā)展低于檔次品類存在很大風(fēng)險(xiǎn)，尤其現(xiàn)有產(chǎn)品研發(fā)停滯不前，不能開發(fā)出新型配套系列產(chǎn)品，這些千噸級項(xiàng)目實(shí)施后，市場產(chǎn)能出現(xiàn)過剩趨勢將成為必然。
從價(jià)格角度分析，目前碳纖維國際市場供不應(yīng)求，國內(nèi)價(jià)格居高不下，而且在我國，碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，已從軍用向民用領(lǐng)域快速滲透。從投資角度分析，大量資本，特別是民營資本的高度關(guān)注，在很大程度上激活了這一產(chǎn)業(yè)，極大地提高了碳纖維產(chǎn)業(yè)的活躍程度，民營資本的進(jìn)入為加快碳纖維產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)揮了積極而重要的作用，使國內(nèi)碳纖維的產(chǎn)業(yè)化研究不斷深入。到目前為止，我國已建立起相對完整的十分級、百分級甚至千分級碳纖維產(chǎn)業(yè)研發(fā)的配套體系。1976年在中科院山西煤炭化學(xué)研究所建成我國第一條PAN基碳纖維擴(kuò)大試驗(yàn)生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力為2t/a，20世紀(jì)80年代開展了高強(qiáng)型碳纖維的研究，于1998年建成一條新的中試生產(chǎn)線，規(guī)模為40t/a。中科院山西煤化所、上海合纖所、北京化工大學(xué)、山東工業(yè)大學(xué)、東華大學(xué)、安徽大學(xué)、浙江大學(xué)、長春工業(yè)大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)及院校參與了碳纖維項(xiàng)目的研究與開發(fā)。目前，國內(nèi)小規(guī)模PAN基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)和科研院所共10余家。
國內(nèi)企業(yè)不再照搬國外現(xiàn)成的技術(shù)，關(guān)鍵設(shè)備也在加快研發(fā)，某些關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)已取得了突破性成果，而且原材料供應(yīng)充足。我國碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點(diǎn)十分明顯，技術(shù)多元化越來越受到重視。從2000年開始，我國已完全放棄了硝酸法原絲技術(shù)，采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術(shù)。目前，國產(chǎn)碳纖維百分級產(chǎn)品能與日本東麗的T700相媲美�？梢哉f，我國多年來碳纖維產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合研發(fā)的技術(shù)成果已不遜色于東麗的相應(yīng)技術(shù)。在我國完整的碳纖維研發(fā)鏈條下的碳纖維工程化研發(fā)出現(xiàn)了加速發(fā)展的勢頭。吉林、山東、江蘇、山西、遼寧、安徽是我國傳統(tǒng)的碳纖維工程化研發(fā)的基地，而近年來，河北、上海、陜西逐步成為新興的碳纖維工程化研發(fā)基地，有越來越多的企業(yè)加入到工程化研發(fā)與建設(shè)中來。同時(shí)，北京、廣東、浙江、江蘇也積極參與了碳纖維的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。
我國碳纖維主要生產(chǎn)企業(yè)
華皖碳纖維，國家已批準(zhǔn)在安徽蚌埠建立500t／aPAN原絲和200t／a碳纖維生產(chǎn)線，總投資過億元。PAN原絲采用亞砜一步法，技術(shù)由國外引進(jìn)；產(chǎn)品以12K的T300級碳纖維為主，并準(zhǔn)備引進(jìn)成熟的預(yù)浸料生產(chǎn)線。華皖集團(tuán)(原蚌埠燈芯絨集團(tuán)公司)二期建設(shè)規(guī)模將使碳纖維產(chǎn)量翻一番，達(dá)到400t／a，下游產(chǎn)品的開發(fā)也列入發(fā)展規(guī)劃。
中寶碳纖維責(zé)任有限公司在浙江嘉興。擬建400t／a大絲束碳纖維生產(chǎn)線，部分引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，投資數(shù)億元，并配套300萬m2預(yù)浸料。該項(xiàng)目國家已批準(zhǔn)，并積極開展了前期論證和考察工作。根據(jù)國內(nèi)外市場動(dòng)向及投資與回報(bào)等因素，暫緩建立碳纖維生產(chǎn)線，而集中力量開發(fā)預(yù)浸料等下游產(chǎn)品。同時(shí)，還成立了浙江省碳纖維工程技術(shù)研究開發(fā)中心，全面推進(jìn)碳纖維事業(yè)。
山東威海光威漁具集團(tuán)有限公司主要從事釣竿生產(chǎn)，碳纖維預(yù)浸布的規(guī)格有30余種，根據(jù)發(fā)展趨勢，有可能向上游即PAN基原絲和碳纖維發(fā)展。此外，山東省東營生產(chǎn)力促進(jìn)中心也在考慮招商引資建立碳纖維生產(chǎn)線，認(rèn)為石油等工業(yè)是碳纖維的潛在市場。
北京化工大學(xué)與吉化公司樹脂廠，將依靠自己的技術(shù)建立500t/a原絲和200t/a碳纖維生產(chǎn)線。放棄硝酸法，采用亞砜一步法技術(shù)路線生產(chǎn)原絲。目前，正在進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)。
中鋼集團(tuán)吉林炭素股份有限公司是我國小絲束碳纖維生產(chǎn)基地，已向用戶提供50余噸小絲束碳纖維。目前，該廠正在建立新的小絲束碳纖維生產(chǎn)線，擴(kuò)大產(chǎn)量，以滿足市場需求。
中科院山西煤化所研制碳纖維已有30多年歷史，上世紀(jì)70年代中期，建成我國第一條纖維中試生產(chǎn)線；在90年代末期，又建成我國第一條噸級粘膠基碳纖維生產(chǎn)線。目前該所與揚(yáng)州聚酯責(zé)任有限公司共建碳材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，研制高性能PAN基碳纖維，并準(zhǔn)備在揚(yáng)州建立產(chǎn)業(yè)化基地。此外，山西榆次化纖廠是我國唯一用亞砜一步法生產(chǎn)PAN基原絲達(dá)數(shù)十年的單位，目前仍在生產(chǎn)。
從以上信息可以看出，當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢有以下幾個(gè)特點(diǎn)：投入力度大；規(guī)模大；參與單位多，特別是大企業(yè)的參與；起點(diǎn)高，采用多項(xiàng)新技術(shù)、新工藝；自動(dòng)化程度高，工控、程控在線配套使用；逐步建立起質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測方法，特別是在線檢測。
碳纖維新產(chǎn)品開發(fā)
骨骼組織醫(yī)用材料利用經(jīng)過化學(xué)方法處理過的碳素纖維，修補(bǔ)或置換骨骼組織一段時(shí)間后，碳素纖維會(huì)被一層具有類似真正軟骨機(jī)能特點(diǎn)的組織所覆蓋，可降低人造骨骼或組織在植入人體后的排斥問題，但是較脆易斷問題仍有待解決。另一項(xiàng)新產(chǎn)品為以液壓為動(dòng)力的碳素纖維人工膝關(guān)節(jié)，雖然其外表不太美觀，但在速度、力量與靈活性方面并不比真的肌肉與骨骼差。
電腦斷層掃描機(jī)的感應(yīng)器是由內(nèi)裝10大氣壓氦氣的密封箱所構(gòu)成，利用X射線將氦氣激發(fā)成電離子，電腦再由氦電離子數(shù)量的計(jì)測描繪出人體的斷面影像。氦氣壓力愈高，斷面影像愈清晰，但機(jī)器壁愈厚，X射線的減衰愈大，所能激發(fā)的氦氣也愈少，影像效果因而變差。如果壓力容器由碳素纖維復(fù)材制成，軟X射線領(lǐng)域的減衰可降為1/10，性能將大為提升。
現(xiàn)行鋰電池的集電體大都采用金屬鋁或銅，因而在纏繞使用時(shí)容易發(fā)生破裂。為了解決這一問題，采用在碳素纖維中加入金屬來制造集電體(三菱材料)。其正極的集電體采用鋁與碳素纖維，負(fù)極的集電體采用銅與碳素纖維的混合物。其次，二次鋰電池中碳薄膜是正極或負(fù)極的重要材料，因碳薄膜的種類決定了二次鋰電池的功率、充放電效率及壽命。
燃料電池使用氫氣作為燃料，其關(guān)鍵材料在于納米碳管(Nanotubes，或稱為納米碳素纖維Nanofi鄄bres)。納米碳管是由石墨中一層(單壁)，或若干層碳原子(多壁)卷曲而成的管狀纖維，比重只有鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的100倍，若連接成繩索，并不會(huì)被自身重量所拉斷，管內(nèi)可以充填其他物質(zhì)或吸收氫氣，也可以用來發(fā)射電子，運(yùn)用于二極體。1997年由NortheasternUniversityBoston合成的納米碳管，據(jù)稱可以儲(chǔ)存相當(dāng)自身重量70%的氫氣，但因制造資料沒有公布出來而廣受質(zhì)疑。燃料電池用的納米碳管只有10納米寬，使得電池體積可縮小至普通電池的1/16，卻是目前世界上超大級功率的電池。現(xiàn)在的電動(dòng)汽車使用普通電池，充電一次可跑144km，且產(chǎn)品壽命只能充電200次，而納米碳素纖維電池充電一次至少可以跑4000km，且可充電1200次以上。
以混有碳素纖維和玻璃纖維的樹脂，來制造移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)位助理等攜帶式資訊器材機(jī)殼材料，以取代鎂材質(zhì)之機(jī)殼，已是電子產(chǎn)品新趨勢之一。而最先利用碳纖維材料于筆記本電腦機(jī)殼上的是IBM公司的ThinkPad600、570、240與A20，其資料顯示，碳纖維強(qiáng)韌性是鋁鎂合金的兩倍，且散熱效果良好。
預(yù)測未來10年碳纖維的需求量將持續(xù)增加，工業(yè)用與運(yùn)動(dòng)休閑用領(lǐng)域依然為市場主流，而呈兩極化發(fā)展的碳纖維產(chǎn)品中(高彈性率產(chǎn)品及高強(qiáng)力產(chǎn)品)，以高強(qiáng)力纖維的成長較為看好。但由于廠商間競爭激烈，低價(jià)格化已成趨勢。
碳纖維產(chǎn)品國外市場概況
世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團(tuán)，以及美國的卓爾泰克（ZOLTEK）、阿克蘇（AKZO）、阿爾迪拉（ALDILI）和德國的SGL公司等。其中日本三大集團(tuán)占世界碳纖維生產(chǎn)能力的75%。世界CT型碳纖維總生產(chǎn)能力為22100t/a，LT型碳纖維總生產(chǎn)能力為9550t/a，實(shí)際生產(chǎn)量約為7000t/a。
當(dāng)前世界上PAN基炭纖維正處于迅速增長的發(fā)展期，產(chǎn)品性能趨向于高性能化，T700S加快取代T300作通用級碳纖維；產(chǎn)量增加較快，1996年～2000年增長48.1%；航天航空和體育用品用量增加穩(wěn)定，民用工業(yè)用量增幅較大，已超過前兩者，特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，價(jià)格的降低，民用工業(yè)需求增加迅猛。
日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲公司的小絲束碳纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的75％左右，而這3個(gè)公司發(fā)表的專利也相當(dāng)多。例如，東麗公司目前生產(chǎn)的碳纖維T1000，抗拉強(qiáng)度最高(7.02GPa)、單絲直徑最細(xì)(5.3滋m)，可代表世界先進(jìn)水平，但該公司最新專利報(bào)道，其實(shí)驗(yàn)室已研制出新一代碳纖維，抗拉強(qiáng)度已達(dá)到9.03GPa，比T1000提高了28.6％；單絲直徑降到3.2滋m，比T1000細(xì)了39.6％。同時(shí)，該公司還開發(fā)截面形狀為三葉形的PAN原絲及碳纖維，以拓寬其用途。
碳纖維的起源
1880年，美國發(fā)明家愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲，作為電燈泡內(nèi)發(fā)光燈絲，開啟了碳纖維（CarbonFiber，簡稱CF）的先河。碳纖維用于結(jié)構(gòu)材料的首創(chuàng)者，則以美國UnionCarbide公司（U.C.C.）為代表，于1959年以螺距纖維為原料，經(jīng)過數(shù)千百度的高溫碳化后，得到彈性率約40GPa，強(qiáng)度約為0.7GPa的碳纖維；1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸，開發(fā)出絲狀高彈性石墨化纖維，彈性率約500GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa。
1961年，日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所進(jìn)藤召男博士，以Polyacrylonitrile（簡稱PAN）聚丙烯腈為原料，經(jīng)過氧化與數(shù)千度的碳化工序后，得到彈性率為160GPa、強(qiáng)度為0.7GPa的碳纖維。
1962年，日本碳化公司（NipponCarbonCo.）用PAN為原料，制得低彈性系數(shù)（L.M.）碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料，開發(fā)了高強(qiáng)度CF，彈性率約為230GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa，并于1966年起達(dá)到每月量產(chǎn)1噸的規(guī)模，與此同時(shí)他們還開發(fā)了碳化溫度2000℃以上的高彈性率CF，彈性率約400GPa，強(qiáng)度約為2.0GPa。PAN系碳纖維產(chǎn)量于1992年已達(dá)6500噸／年，至2000年已超過1萬t/a以上。
雖然碳纖維需求量逐漸擴(kuò)大，但于1991年冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事用途使用量萎縮，又因經(jīng)濟(jì)蕭條，供需失去平衡，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而，美國波音公司新銳機(jī)型B777的生產(chǎn)，加上土木、建筑、汽車與復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，使得碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長。
碳纖維的種類
經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90％以上的纖維材料，稱之為碳纖維。碳纖維的分類有許多方法，可依原料、性能、形態(tài)來進(jìn)行分類。若依原料可分為聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纖維；瀝青（Pitch）系碳纖維。其中聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纖維具有高強(qiáng)度、高彈性率的性質(zhì)，在航空器材、體育、休閑娛樂等領(lǐng)域大范圍使用。瀝青（Pitch）系碳纖維具有的高彈性模量、高導(dǎo)熱性等特性是聚丙烯腈系碳纖維所達(dá)不到的，通常以長纖維形態(tài)被利用。由于瀝青系碳纖維為高模量級纖維，比彈性模量顯著優(yōu)良，故適合于支配剛性結(jié)構(gòu)物輕量化并賦予其結(jié)構(gòu)剛性。另外，瀝青系碳纖維具有高導(dǎo)熱性、低電阻、低熱線性膨脹率及化學(xué)穩(wěn)定性好等特性。
依機(jī)械性能可分為超高彈性率碳纖維(UHM類型)，彈性率600GPa以上，強(qiáng)度2500MPa以上；高彈性率碳纖維(HM類型)，彈性率350GPa～600GPa，強(qiáng)度2500MPa以上；中彈性率碳纖維(IM類型)，彈性率280GPa～350GPa，強(qiáng)度3500MPa以上；標(biāo)準(zhǔn)彈性率類型碳纖維(HT類型)，彈性率200GPa～280GPa，強(qiáng)度2500MPa以上；低彈性率碳纖維(LM類型)，彈性率200GPa以下，強(qiáng)度3500MPa以下。
碳纖維特點(diǎn)及性質(zhì)
碳纖維呈黑色，堅(jiān)硬，具有強(qiáng)度高、重量輕等特點(diǎn)，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在35000MPa以上，是鋼的7.9倍，抗拉彈性模量為230000MPa～430000MPa，高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度，即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到20000MPa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為590MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，構(gòu)件自重愈��；比模量愈高，構(gòu)件的剛度愈大。從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程上的廣闊應(yīng)用前景。縱觀多種新興復(fù)合材料，如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)異性能，眾多專家預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。
PAN碳纖維及其復(fù)合材料具有以下特征（其中括號內(nèi)為碳纖維的纖維軸方向的特征）：（1）機(jī)械特性，與金屬相比，密度小，質(zhì)輕；模量高，高剛性；強(qiáng)度高；疲勞強(qiáng)度高；耐磨耗性、潤滑性優(yōu)良；振動(dòng)衰減性優(yōu)良；（2）耐熱性、安定性，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好；具有導(dǎo)熱性；在惰性氣體中耐熱性優(yōu)良；（3）電傳導(dǎo)及電磁波屏蔽性，具有導(dǎo)電性；具有電磁波屏蔽性；（4）X射線透過性優(yōu)良；屬多種導(dǎo)性材料，針對其目的可設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體。
2007年，日本主要碳纖維生產(chǎn)商東麗公司與日產(chǎn)汽車等企業(yè)聯(lián)手開發(fā)出了使用碳纖維的尖端材料，可大幅減輕汽車主要部件，如底盤的重量。新技術(shù)可使汽車整體重量減輕1成，提高燃效性能4%～5%。另外，耐沖擊性可達(dá)到原來的1.5倍。這些廠家計(jì)劃3年后在市售車上應(yīng)用此新技術(shù)。在全球?yàn)闇p排溫室氣體而強(qiáng)化燃效規(guī)定的背景下，這一新技術(shù)有望加快以鋼鐵為主的汽車原材料的轉(zhuǎn)變。
底盤是汽車底部的骨架，是與發(fā)動(dòng)機(jī)等同等重要的基礎(chǔ)部件。此前，曾在將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳導(dǎo)給車輪的傳動(dòng)軸上采用過碳纖維。如果新技術(shù)達(dá)到實(shí)用水平，則是首次在汽車主要部件上采用碳纖維。以高級乘用車為例，目前的鋼鐵底盤重量約達(dá)300kg，如果改用碳纖維與樹脂合成的碳纖維強(qiáng)化塑料，則可降低到150kg左右，1.5t左右的汽車總重量由此可減輕1成。另外，在發(fā)生碰撞事故時(shí)，底盤會(huì)發(fā)生變形，從而吸收沖擊力。假定在時(shí)速60km下發(fā)生碰撞事故，底盤的能量吸收量可提高到1.5倍，從而可減輕人體所受的沖擊。
碳纖維的應(yīng)用
碳纖維是含碳量高于90%的纖維的總稱，因含碳量高而得名。碳纖維既具有元素碳的各種優(yōu)良性能，如比重小、耐熱、耐熱沖擊，耐化學(xué)腐蝕和導(dǎo)電等，又有纖維的可繞性和優(yōu)異的力學(xué)性能。特別是它的比強(qiáng)度和比模量高，在絕氧條件下，可耐2000℃的高溫，是一種重要的工業(yè)用纖維材料，適用于作增強(qiáng)復(fù)合材料、燒蝕材料和絕熱材料。它是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一種新型材料，現(xiàn)已成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的一種新穎材料。
休閑產(chǎn)品中，最早應(yīng)用PAN碳纖維的是釣魚竿。現(xiàn)在世界上碳纖維釣魚竿的年生產(chǎn)量為1200萬根左右，相當(dāng)于碳纖維用量約1200噸。碳纖維在高爾夫球桿的應(yīng)用是于1972年開始的，現(xiàn)在世界上碳纖維高爾夫球桿的年生產(chǎn)量約4000萬根左右，相當(dāng)于2000噸碳纖維的用量。網(wǎng)球拍的應(yīng)用是從1974年開始的，目前世界上年生產(chǎn)碳纖維球拍約450萬個(gè)，需碳纖維用量約500噸。在其他方面，碳纖維還廣泛應(yīng)用于滑雪板、雪船、滑雪桿、棒球棒、公路賽以及船舶類體育用品。
人們認(rèn)識到了碳纖維輕量化、耐疲勞性和耐腐蝕性等性能，因而開始廣泛應(yīng)用于航空航天行業(yè)。在宇航領(lǐng)域，由于高模量碳纖維的輕量性（剛性）、尺寸穩(wěn)定性的導(dǎo)熱性，早已應(yīng)用于人造衛(wèi)星等方面，近年來已開始應(yīng)用于銥星等通信衛(wèi)星。
造型復(fù)合物主要是以短纖維的形式混入用于熱塑性樹脂中，由于具有補(bǔ)強(qiáng)、抗靜電、電磁波屏蔽效果，可廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公室機(jī)器、半導(dǎo)體及其相關(guān)領(lǐng)域。
壓力容器主要用在壓縮（CHG）罐和消防員用的空氣呼吸器，包括用CF長絲纏繞所生產(chǎn)的所有罐類。其他燃料容器，如CNG罐，若采用以往的金屬制造是很重的，為了使其運(yùn)行距離加長，必須輕量化。因此，采用金屬加上纖維纏繞或塑料襯里的全復(fù)合材料容器正進(jìn)行實(shí)用化生產(chǎn)應(yīng)用。空氣呼吸器是去年在美國受到DOT認(rèn)定的CF制品，今后其市場需求將急劇增長。
近幾年在土木建筑領(lǐng)域，靠碳纖維進(jìn)行抗震補(bǔ)修和補(bǔ)強(qiáng)的施工法，在日本得到劃時(shí)代的普及。以阪神大震災(zāi)為開端的抗震補(bǔ)強(qiáng)，以及伴隨著與施工時(shí)相比，因交通量和積載量等大幅度增加而造成的劣化所進(jìn)行的道路橋梁等補(bǔ)強(qiáng)，都開始滲透碳纖維片材的施工法。這種施工法是將單向排列的碳纖維片材或織物狀材料，用常溫固化型的環(huán)氧樹脂貼服于結(jié)構(gòu)物表面而進(jìn)行的補(bǔ)修與補(bǔ)強(qiáng)。公路橋的地面、橫梁、建筑物和梁、構(gòu)架以及煙筒等的彎曲補(bǔ)強(qiáng)中，碳纖維的模量變得格外重要。
除前文所述日本東麗在汽車領(lǐng)域中的大幅研制與應(yīng)用外，近年來以歐洲為中心，在渡輪、大型快艇和其他舟艇類方面，碳纖維的市場需求量正在增長。
在能源及相關(guān)領(lǐng)域，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、燃料電池電極、飛輪等用途，碳纖維的成長趨勢更是強(qiáng)勁。雖然風(fēng)力發(fā)電用途目前尚待進(jìn)一步推廣，但這些應(yīng)用領(lǐng)域都能充分發(fā)揮碳纖維的特長。
碳纖維的應(yīng)用，除涉及到以往X射線醫(yī)療器械、電子器械等相關(guān)領(lǐng)域（除濃縮鈾的旋轉(zhuǎn)筒外）、各種機(jī)械部件、電器部件、傘類骨架、頭盔等與生活相關(guān)的用品，以及卡車的構(gòu)架、車輛的結(jié)構(gòu)體、冷凍箱、家用電梯等新項(xiàng)目。
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