【干货】多图解读碳纤维应用和解决方案

碳纤维是高强度、高模量的新型纤维材料

碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。可分为PAN基，沥青基，粘胶基碳纤维，PAN基是当今世界碳纤维发展的主流，占碳纤维市场的90%以上。

碳纤维特性和分类
比强度高、比模量高
质轻、耐腐蚀、耐疲劳

热膨胀系数小、摩擦系数低、耐高低温

碳纤维按产品形态分为长丝、短切纤维、布料和预浸料坯四大类。

碳纤维应用——航空

787上主要的突破性材料技术是更多地使用复合材料。复合材料重量占787总重量的50%。碳素夹心板是一种特殊级别的复合材料，通过将两层纤薄硬质蒙皮附着在蜂巢版的轻质厚核心层上制造而来。核心层材料通常为低强度材料，但其较大的厚度可以为夹心板复合材料提供高抗弯性，同时保持整体低密度。碳素层板是一种由多层碳素纤维经聚合物灌注而成的复合材料结构。在787上，碳素层板结构由碳丝组成的带子经树脂（类似黏胶）灌注而成。787上这类材料的例子包括玻璃纤 维、玻璃/碳素合成物等。

碳素夹心板在波音787上使用（图文来源：波音网站）

碳素层板在波音787上使用（图文来源：波音网站）

碳纤维应用——军事

碳纤维在航天航空等领域发挥着及其重要的作用，是一种比铝钛还轻，比钢还强韧的人造材料。采用碳纤维复合材料制作机身部分零件，可以降低重量。

法国工厂在用高强度碳纤维制作洲际导弹发动机外壳（图文来源：ciamiecn）

中国歼10战斗机也大量采用复合材料，制作机身部分零件，以降低重量（图文来源：ciamiecn）

碳纤维应用——土木

日本三菱化学公司用碳纤维片材“REPLARK”补强桥梁,烟囱,隧道和建筑.己用REPLARK修复补强几百个项目,其中1998年完成的位于日本东京以 西约100kn处的SAKAWA桥是一个最大的地震后修复的项目。可用十土木建筑结构加固修复的CFRP材料形式主要是长纤维,其中包括片材,棒材,型材 及特殊构造。

“REPLARK”用于土木修复（来源：mitsubishichemica）

碳纤维应用——能源

叶片动力学公司(Blade Dynamics) 全部采用碳纤维来建造叶片。他们研发出的独特方法是先建造12至20段碳纤维叶片，然后将其无缝拼接，从而无须建造大型组件。以前在探索叶片生产模块化时该公司曾尝试铆接各部分，但这样在叶片内部就产生了应力点，大大降低了叶片强度。

叶片动力学公司 研发出制造世界最大风电叶片的技术(来源：www.hsfn.coi.com)

碳纤维应用——汽车

以法拉利、兰博基尼、帕加尼等为代表的意大利超级跑车为了追求轻量化，在车上大规模应用碳纤维组件。碳纤维的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa也高于钢。

碳纤维用于特斯拉

全碳车身的帕加尼跑车

碳纤维汽车组件轻量化程度之高

碳纤维应用——运动

奥迪碳素滑雪板是由以奥迪集团设计总监沃尔夫冈•艾格尔（Wolfgang Egger）领衔的奥迪设计团队与资深的滑雪专家一起，运用滑雪和赛车的科技共同设计研发的。在设计过程中，奥迪设计团队用高强度碳素纤维将滑雪板的木质内核以及覆盖其外的铝、钛金属层包裹起来。

奥迪碳素滑雪板（Audi Carbon Ski）（来源：autohome）

碳纤维应用——消费电子

碳纤维材质是很有趣的一种材质，它既拥有铝镁合金高雅坚固的特性，又有ABS工程塑料的高可塑性。它的外观类似塑料，但是强度和导热能力优于普通的ABS塑料，而且碳纤维是一种导电材质，可以起到类似金属的屏蔽作用(ABS外壳需要另外镀一层金属膜来屏蔽)。

ThinkPad X1 Carbon：联想号称世界最薄

摩托罗拉Droid Turbo防水+凯芙拉机身

摩托罗拉Droid Turbo有红色和黑色两种色彩款式选择，而最吸引眼球的地方仍旧是机身背面采用了凯芙拉材质

碳纤维应用——创意产品

由于碳纤维独特的外观以及优异的力学性能和加工特性，碳纤维创意产品层出不穷。

Vessel 新概念碳纤维浴缸，英国设计工作室 Splinter Works

Gaudi-stool座椅

整个座椅重量仅有1公斤，整个座椅的成型分为两部分，表面是薄的碳纤维板材弯曲制成，下部结构复杂，采用快速原型技术，两种技术相结合，降低了制作的成本。

碳纤维企业
美国
Hexel公司；Zoltek公司；Cytec公司；Fortafil公司；Aldila公司

日本
东丽集团；帝人集团；东邦集团；三菱化学；旭化成

德国

SGL公司
中国
方大炭素；中钢吉炭；金发科技； 三普药业；大元股份；博云新材
中国台湾地区
台塑集团公司