大家如果關注過跑車的新聞，應該會對碳纖維這個詞比較眼熟，因為超級跑車、賽車運動都很喜歡用碳纖維作為車身車體的材料，它幾乎是超跑的寵兒，只要和它相關的，必定是很高端的車型。在其他領域中，也有碳纖維的使用，那你知道碳纖維到底是什么材料嗎，它為什么這么受歡迎呢？

在碳纖維使用時，通常是將碳纖維作為樹脂、陶瓷或金屬為基體制成的復合材料的增強材料。由于碳纖維復合材料具有極高的機械特性（比拉伸強度、比模量）和其他特性（低密度、低熱膨脹系數、耐熱性、化學穩定性等），因此碳纖維廣泛應用于各種應用。這些特點使碳纖維變得如此獨特和與眾不同，這也是幾乎所有制造業都喜歡使用碳纖維的原因。

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 是什么讓碳纖維復合材料如此獨特？


碳纖維復合材料在航空航天、工業制造、汽車生產、高端醫療等領域，主要是由于碳纖維復合材料性能優越，能夠取代傳統金屬材料等其他材料，碳纖維復合材料主要有哪些性能優勢？

1、密度低強度高

碳纖維復合材料密度很低，只有1.7g/cm3左右，只有鋁合金的1/2，鋼材的1/5。碳纖維復合材料不僅在輕量化方面更具優勢，其高強度和高模量也讓碳纖維復合材料能夠取代更多的傳統金屬材料。據博實無人機客戶反饋得知，使用碳纖維復合材料制作無人機機殼、機架等部件，可以采用一體化成型工藝，可以減少60%的重量，能夠減少燃料的使用量，并且整機的使用壽命也能得到大幅度提升。

2、耐熱性

碳纖維是經過高溫碳化制備而成，理論上耐受溫度能夠達到2500℃，目前市面上常見的碳纖維復合材料是采用環氧樹脂基，最多可耐受300℃的溫度。以陶瓷、金屬、碳作為基質的碳纖維復合材料，可以耐受2000℃以上的溫度，但是其使用環境要求十分苛刻，生產工藝要求也非常高，所以多出現在航空航天領域。

3、熱膨脹系數小

碳纖維復合材料熱膨脹系數較小，可以在溫度瞬間上升幾千攝氏度的條件下不會發生炸裂。將碳纖維復合材料與其他材料同時放置于相同溫度環境下，碳纖維復合材料不會膨脹變形，所以在精密度要求高的結構件上都采用碳纖維復合材料，比如空間望遠鏡的筒身、機器人手臂等。

4、使用壽命長

碳纖維復合材料的抗腐蝕性能也是比較優秀，一般酸堿鹽的腐蝕都奈何不了它，除了重鉻酸鹽、濃硝酸和次氯酸外等強氧化劑。碳纖維復合材料有著優秀的耐水性和抗濕熱老化特征，即使在潮濕環境中也不會發生水解反應，比較適合一些長期需要暴露在自然環境中的結構件使用，能夠延長其使用壽命。

除上述的性能優勢外，碳纖維復合材料的透光性也十分優秀，其X射線的透過率高達98%，利用這一特性，可以用于醫療放射醫療床板的制作，不僅可以減少X射線對人體的傷害，還可以讓造影更加清晰。

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碳纖維復合材料可產生什么價值？

下一代碳纖維復合材料，如預浸料復合材料，可將乘用車重量減少50%，并在不影響性能或安全的情況下將燃油效率提高約35%；以今天的汽油價格計算，這一進步可以在汽車的整個使用壽命期間節省超過 5,000 美元的燃油。除了用于制造汽車和卡車外，碳纖維的進步將有助于制造商降低成本，改善風力渦輪機葉片和塔架、電子設備、儲能部件和輸電線路的性能。

此外，在 3D 打印技術中，碳纖維復合材料的存在正在增加價值。這是一種用于多種應用的復雜技術，不需要大型設備設置。該技術可用于在短時間內打印多個對象。

與其他金屬材料相比，連續碳纖維用于 3D 打印具有更高的強度和剛度。碳纖維的含量和取向是可控的，這簡化了優化過程。使用碳纖維的3D打印還可以在航空航天、汽車和牙科等各種終端行業的零件制造中實現高精度。這項技術將徹底改變碳纖維的制造工藝，并將為市場參與者提供重大機遇。

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 為什么碳纖維復合材料價格這么貴？

用于加工碳纖維的原料是一種類似用于毛衣和地毯的纖維，價格不貴，每磅3美元。但將其從前驅體加工成碳絲需要將其加熱數小時。此外，還有50%的浪費。在溫度超過1000攝氏度的情況下，經過三次加熱循環后，電費是相當昂貴的。在制備復合材料時需要加入樹脂來固定其最終形狀。搞砸了，需要從頭開始。

總而言之，碳纖維起價可能為每磅3美元，但當它到達自行車車架制造商時，預浸復合材料織物的價格將接近每平方米20美元。再加上1000小時以上的開發勞動時間、一些錯誤、大量浪費，4000美元碳纖維自行車車架聽起來就不再那么貴了。此外，制造和組裝機器并不是唯一需要考慮的技術成本因素。

新的復合材料制造軟件即將上市。例如：設計仿真軟件以縮短設計周期；用于分析效率損失來源的成本建模軟件；基于知識的工程產品，以降低勞動力成本。因此，軟件供應商也在推出產品，以幫助提前識別制造風險。這將在錯誤發生之前減少代價高昂的錯誤，進一步減少循環時間和碳纖維制造成本。

上述所有因素將碳纖維復合材料/預浸料復合材料的成本推到如此之高地步。就應用而言，碳纖維市場在價值和數量上均以復合材料市場為主導。這種增長是由于碳纖維復合材料在航空航天、國防、汽車和風能等行業的廣泛應用。碳纖維制造和碳纖維加工的可擴展性和范圍遍布全球各地，尤其是歐洲擁有碳纖維市場的較大市場份額，因為它有大量海上風能裝置，隨后是在英國和德國。

盡管制造商們正專注于生產低成本碳纖維，但大規模生產和商業化仍需要時間。為了有效降低纖維成本，必須通過大規模生產降低碳纖維的成本。由于碳纖維成本高，其應用仍然受到限制，因此其特性的獨特性和最終產品的高昂價格是合理的。

文章來源： 江蘇博實碳纖維，碳纖維及其復合材料技術