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帶你了解碳纖維的巨大作用

　　在當今世界高速工業化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化。在要求高溫，物理穩定性高的場合，碳纖維復合材料具備不可替代的優勢。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，正是由于兼具優異性能，碳纖維在國防和民用領域均有廣泛的應用前景。

復合材料

真空成型的碳纖維復合材料

　　碳纖維在傳統使用中除用作絕熱保溫材料外，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。碳纖維已成為先進復合材料最重要的增強材料。由于碳纖維復合材料具有輕而強、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩定性好以及設計性好、可大面積整體成型等特點，已在航空航天、國防軍工和民用工業的各個領域得到廣泛應用。

　　碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。高性能碳纖維是制造先進復合材料最重要的增強材料。

土木建筑

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碳纖維管

　　碳纖維也應用在工業與民用建筑物、鐵路公路橋梁、隧道、煙囪、塔結構等的加固補強，在鐵路建筑中，大型的頂部系統和隔音墻在未來會有很好的應用，這些也將是碳纖維很有前景的應用方面。具有密度小，強度高，耐久性好，抗腐蝕能力強，可耐酸、堿等化學品腐蝕，柔韌性佳，應變能力強的特點。用碳纖維管制作的桁梁構架屋頂，比鋼材輕50%左右，使大型結構物達到了實用化的水平，而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外，碳纖維做補強混凝土結構時，不需要增加螺栓和鉚釘固定，對原混凝土結構擾動較小，施工工藝簡便。

航空航天

　　碳纖維是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰略基礎材料。將碳纖維復合材料應用在戰略導彈的彈體和發動機殼體上，可大大減輕重量，提高導彈的射程和突擊能力，如美國80年代研制的洲際導彈三級殼體全都采用碳纖維和環氧樹脂復合材料。碳纖維復合材料在新一代戰斗機上也開始得到大量使用，如美國第四代戰斗機F22采用了約為24%的碳纖維復合材料，從而使該戰斗機具有超高音速巡航、超視距作戰、高機動性和隱身等特性。美國波音推出新一代高速寬體客機的音速巡洋艦，約60%的結構部件都將采用強化碳纖維塑料復合材料制成，其中包括機翼。

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使用碳纖維的飛機

　　中國自行研制的碳纖維復合材料剎車預制件性能達到國際水平，采用這一預制件技術所制備的的國產碳剎車盤已批量裝備于國防重點型號的軍用飛機，并在B757型民航飛機上使用，在其它機型上的使用也在實驗考核中，并將向坦克、高速列車、高級轎車、賽車等推廣使用。碳纖維比鋁輕但強度相似。碳纖維在艦艇上也有重要的應用價值，可減輕艦艇的結構重量，增加艦艇有效載荷，從而提高運送作戰物資的能力，碳纖維不存在腐蝕生銹的問題。

　　碳纖維還是讓大型民用飛機、汽車、高速列車等現代交通工具實現“輕量化“的完美材料。航空應用中對碳纖維的需求正在不斷增多，新一代大型民用客機空客A380和波音787使用了約為50%的碳纖維復合材料。波音787的機身采用碳纖維，這使飛機飛得更快，油耗更低，同時能增加客艙濕度，讓乘客更舒適。

汽車材料

　　碳纖維材料也成為汽車制造商青睞的材料，在汽車內外裝飾中開始大量采用。碳纖維作為汽車材料，最大的優點是質量輕、強度大，重量僅相當于鋼材的20%到30%，硬度卻是鋼材的10倍以上。所以汽車制造采用碳纖維材料可以使汽車的輕量化取得突破性進展，并帶來節省能源的社會效益。業界認為，碳纖維在汽車制造領域的使用量會變大。

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碳纖維汽車構架

　　以中科院研發的一輛碳纖維小汽車為例，在普通材質的汽車引擎蓋上，榔頭用力敲擊，漆蓋上很有可能會有凹陷，而這輛車的車殼卻非常堅固，用力敲擊車蓋后會迅猛反彈，表面絲毫未損。研究人員表示采用碳纖維復合材料做的汽車，比起普通用鋼材制造的汽車的最大特點是輕和快。碳纖維汽車拋棄了傳統的鋼結構，大量采用碳纖維材料制成，比普通鋼材的汽車重量能減少60%。在同樣用油情況下，這輛車每小時可以多開50公里。

　　碳纖維雖然輕，但有較好的安全性，雖然碳纖維看起來像塑料，但實際上這種材料抗沖擊性比鋼鐵強，特別是用碳纖維做成的方向盤，機械強度和抗沖性更高。在復合材料的配合下，碳纖維汽車成了家用車中的裝甲車。

纖維加固

　　碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家。中國的這項技術起步很晚，但隨著中國經濟建設和交通事業的飛速發展，現有建筑中有相當一部分由于當時設計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當前規范使用的需求，亟需進行維修、加固。常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結構加固技術。

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碳纖維布加固橋梁

　　中國從1997年開始從國外引進碳纖維復合材料加固混凝土結構技術研究，成為了研究和工程應用的熱點。國內已有數十個高校和科研院所開展了此項研究工作，并取得了一批接近國際先進水平的研究成果。由于中國具有世界上最為巨大的土木建筑市場，碳纖維加固建筑結構的應用將呈現不斷增長的趨勢。

體育用品

　　碳纖維運用在運動休閑領域中，像球桿、釣魚竿、網球拍、羽毛球拍、自行車、滑雪杖、滑雪板、帆板桅桿、航海船體等運動用品都是碳纖維的主要用戶之一。

碳纖維球棒

　　球棒和球拍框架是體育應用中的重要體現。據估計，每年的球棒的產量為3400萬副。全世界40%的球棒都是由碳纖維制成的。網球拍框架的市場容量約為每年600萬副，其它的體育項目應用還包括冰球棍、滑雪杖等。碳纖維還應用在劃船、賽艇等其它海洋運動中。

風力發電機葉片

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碳纖維風力發電機葉片

　　世界上風力發電機組的發電機額定功率越來越大，與其相適應的風機葉片尺寸也越來越大。為了減少葉片的變形，在主乘力件如軸承和葉片的某些部位采用碳纖維來補充其剛度。碳纖維在風能、核能和太陽能等新能源領域也具有廣闊的應用前景。當風力發電機功率超過3MW，葉片長度超過40米時，傳統玻璃纖維復合材料的性能已經趨于極限，采用碳纖維復合材料制造葉片是必要的選擇。只有碳纖維才能既減輕葉片的重量，又能滿足強度和剛度的要求。（來源：元琛科技）

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