大家如果關(guān)注過(guò)跑車(chē)的新聞，應(yīng)該會(huì)對(duì)碳纖維這個(gè)詞比較眼熟，因?yàn)槌?jí)跑車(chē)、賽車(chē)運(yùn)動(dòng)都很喜歡用碳纖維作為車(chē)身車(chē)體的材料，它幾乎是超跑的寵兒，只要和它相關(guān)的，必定是很高端的車(chē)型。在其他領(lǐng)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(shí)，通常是將碳纖維作為樹(shù)脂、陶瓷或金屬為基體制成的復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。由于碳纖維復(fù)合材料具有極高的機(jī)械特性（比拉伸強(qiáng)度、比模量）和其他特性（低密度、低熱膨脹系數(shù)、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等），因此碳纖維廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用。這些特點(diǎn)使碳纖維變得如此獨(dú)特和與眾不同，這也是幾乎所有制造業(yè)都喜歡使用碳纖維的原因。

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 是什么讓碳纖維復(fù)合材料如此獨(dú)特？


碳纖維復(fù)合材料在航空航天、工業(yè)制造、汽車(chē)生產(chǎn)、高端醫(yī)療等領(lǐng)域，主要是由于碳纖維復(fù)合材料性能優(yōu)越，能夠取代傳統(tǒng)金屬材料等其他材料，碳纖維復(fù)合材料主要有哪些性能優(yōu)勢(shì)？

1、密度低強(qiáng)度高

碳纖維復(fù)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(fù)合材料不僅在輕量化方面更具優(yōu)勢(shì)，其高強(qiáng)度和高模量也讓碳纖維復(fù)合材料能夠取代更多的傳統(tǒng)金屬材料。據(jù)博實(shí)無(wú)人機(jī)客戶反饋得知，使用碳纖維復(fù)合材料制作無(wú)人機(jī)機(jī)殼、機(jī)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(jī)的使用壽命也能得到大幅度提升。

2、耐熱性

碳纖維是經(jīng)過(guò)高溫碳化制備而成，理論上耐受溫度能夠達(dá)到2500℃，目前市面上常見(jiàn)的碳纖維復(fù)合材料是采用環(huán)氧樹(shù)脂基，最多可耐受300℃的溫度。以陶瓷、金屬、碳作為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料，可以耐受2000℃以上的溫度，但是其使用環(huán)境要求十分苛刻，生產(chǎn)工藝要求也非常高，所以多出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域。

3、熱膨脹系數(shù)小

碳纖維復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)較小，可以在溫度瞬間上升幾千攝氏度的條件下不會(huì)發(fā)生炸裂。將碳纖維復(fù)合材料與其他材料同時(shí)放置于相同溫度環(huán)境下，碳纖維復(fù)合材料不會(huì)膨脹變形，所以在精密度要求高的結(jié)構(gòu)件上都采用碳纖維復(fù)合材料，比如空間望遠(yuǎn)鏡的筒身、機(jī)器人手臂等。

4、使用壽命長(zhǎng)

碳纖維復(fù)合材料的抗腐蝕性能也是比較優(yōu)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(qiáng)氧化劑。碳纖維復(fù)合材料有著優(yōu)秀的耐水性和抗?jié)駸崂匣卣?，即使在潮濕環(huán)境中也不會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，比較適合一些長(zhǎng)期需要暴露在自然環(huán)境中的結(jié)構(gòu)件使用，能夠延長(zhǎng)其使用壽命。

除上述的性能優(yōu)勢(shì)外，碳纖維復(fù)合材料的透光性也十分優(yōu)秀，其X射線的透過(guò)率高達(dá)98%，利用這一特性，可以用于醫(yī)療放射醫(yī)療床板的制作，不僅可以減少X射線對(duì)人體的傷害，還可以讓造影更加清晰。

02 

碳纖維復(fù)合材料可產(chǎn)生什么價(jià)值？

下一代碳纖維復(fù)合材料，如預(yù)浸料復(fù)合材料，可將乘用車(chē)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(jià)格計(jì)算，這一進(jìn)步可以在汽車(chē)的整個(gè)使用壽命期間節(jié)省超過(guò) 5,000 美元的燃油。除了用于制造汽車(chē)和卡車(chē)外，碳纖維的進(jìn)步將有助于制造商降低成本，改善風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和塔架、電子設(shè)備、儲(chǔ)能部件和輸電線路的性能。

此外，在 3D 打印技術(shù)中，碳纖維復(fù)合材料的存在正在增加價(jià)值。這是一種用于多種應(yīng)用的復(fù)雜技術(shù)，不需要大型設(shè)備設(shè)置。該技術(shù)可用于在短時(shí)間內(nèi)打印多個(gè)對(duì)象。

與其他金屬材料相比，連續(xù)碳纖維用于 3D 打印具有更高的強(qiáng)度和剛度。碳纖維的含量和取向是可控的，這簡(jiǎn)化了優(yōu)化過(guò)程。使用碳纖維的3D打印還可以在航空航天、汽車(chē)和牙科等各種終端行業(yè)的零件制造中實(shí)現(xiàn)高精度。這項(xiàng)技術(shù)將徹底改變碳纖維的制造工藝，并將為市場(chǎng)參與者提供重大機(jī)遇。

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 為什么碳纖維復(fù)合材料價(jià)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(jià)格不貴，每磅3美元。但將其從前驅(qū)體加工成碳絲需要將其加熱數(shù)小時(shí)。此外，還有50%的浪費(fèi)。在溫度超過(guò)1000攝氏度的情況下，經(jīng)過(guò)三次加熱循環(huán)后，電費(fèi)是相當(dāng)昂貴的。在制備復(fù)合材料時(shí)需要加入樹(shù)脂來(lái)固定其最終形狀。搞砸了，需要從頭開(kāi)始。

總而言之，碳纖維起價(jià)可能為每磅3美元，但當(dāng)它到達(dá)自行車(chē)車(chē)架制造商時(shí)，預(yù)浸復(fù)合材料織物的價(jià)格將接近每平方米20美元。再加上1000小時(shí)以上的開(kāi)發(fā)勞動(dòng)時(shí)間、一些錯(cuò)誤、大量浪費(fèi)，4000美元碳纖維自行車(chē)車(chē)架聽(tīng)起來(lái)就不再那么貴了。此外，制造和組裝機(jī)器并不是唯一需要考慮的技術(shù)成本因素。

新的復(fù)合材料制造軟件即將上市。例如：設(shè)計(jì)仿真軟件以縮短設(shè)計(jì)周期；用于分析效率損失來(lái)源的成本建模軟件；基于知識(shí)的工程產(chǎn)品，以降低勞動(dòng)力成本。因此，軟件供應(yīng)商也在推出產(chǎn)品，以幫助提前識(shí)別制造風(fēng)險(xiǎn)。這將在錯(cuò)誤發(fā)生之前減少代價(jià)高昂的錯(cuò)誤，進(jìn)一步減少循環(huán)時(shí)間和碳纖維制造成本。

上述所有因素將碳纖維復(fù)合材料/預(yù)浸料復(fù)合材料的成本推到如此之高地步。就應(yīng)用而言，碳纖維市場(chǎng)在價(jià)值和數(shù)量上均以復(fù)合材料市場(chǎng)為主導(dǎo)。這種增長(zhǎng)是由于碳纖維復(fù)合材料在航空航天、國(guó)防、汽車(chē)和風(fēng)能等行業(yè)的廣泛應(yīng)用。碳纖維制造和碳纖維加工的可擴(kuò)展性和范圍遍布全球各地，尤其是歐洲擁有碳纖維市場(chǎng)的較大市場(chǎng)份額，因?yàn)樗写罅亢Ｉ巷L(fēng)能裝置，隨后是在英國(guó)和德國(guó)。

盡管制造商們正專注于生產(chǎn)低成本碳纖維，但大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化仍需要時(shí)間。為了有效降低纖維成本，必須通過(guò)大規(guī)模生產(chǎn)降低碳纖維的成本。由于碳纖維成本高，其應(yīng)用仍然受到限制，因此其特性的獨(dú)特性和最終產(chǎn)品的高昂價(jià)格是合理的。

文章來(lái)源： 江蘇博實(shí)碳纖維，碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)