碳纖維：新材料之王

碳纖維是由聚丙烯腈等有機母體纖維采用高溫分解法在1，000攝氏度以上高溫的惰性氣體下碳化制成的，是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維。

碳纖維最早是由英國人斯旺為制作燈泡而提出的發明設想，后來愛迪生利用焦油、棉紗和竹絲成功試制出能夠持續照明45小時的碳絲，而現在人們所說的碳纖維則是在上世紀60年代初由日本人近藤昭南所發明的能夠工程化批量生產的高強型碳纖維。

碳纖維的應用范圍很廣，由于其擁有優異力學性能、可設計性和可加工性能，碳纖維在各領域中逐漸受到人們的重視，國防軍工和民用工業的使用量都在逐年增加。

航空航天方面：隨著世界航空航天技術的不斷發展，各種飛機和航天器都在不斷升級，追求的是更輕、更快、更強。碳纖維因其輕量化和優異的力學性能被作為首選替代材料，使用量所占比重正在逐步提高。有數據顯示，民用航空中波音787所用復合材料重量占結構總重量的50%，美軍的F - 2 2戰斗機和B 2轟炸機的復合材料用量均超過35%，除此之外還能夠賦予戰機隱身特性。近年來，隨著國產碳纖維的快速發展，我國已有10多個型號的戰機完全實現了國產碳纖維材料替代進口。另外在“天宮” “神州”“長征”等型號的航天飛行器上也采用了國產高性能碳纖維。

無人機方面：無人機自誕生以來，減輕質量即成為世界各國無人機科技工作者們共同關注的研究熱點之一，只有將機體結構質量降下來，才能節約出更多的質量空間來增加燃油和有效載荷，延長飛行距離和續航時間。軍用方面，世界各國都在大力發展碳纖維材料機體，目前碳纖維復合材料用量占結構總質量已達到60%—80%，有的小型偵察無人機甚至采用全碳纖維結構；在民用方面，無人機追求的更多是小巧并搭載更多的儀器設備。

艦船岸基方面：碳纖維復合材料具有優異的耐腐蝕性，能夠耐受自然界中的水和多種介質的腐蝕。目前世界各軍事強國都在加快以碳纖維復合材料為主體的艦艇建造，碳纖維替代金屬材料已經成為發展趨勢。我國在東海和南海的島礁上建有很多的海防哨所，基礎設施的防腐問題非常嚴峻。目前國內已有公司開發出碳纖維肋筋來代替鋼筋作為島礁建筑混凝土中的支撐材料。

風電葉片方面：單機發電功率的提升關鍵在于葉片長度的增加，葉片長度的增加會增加低風速時的捕風能力。目前世界上長度超過60m的風電葉片幾乎都會選擇用碳纖維復合材料制作主承力梁，以保證葉片在發電運轉時不會發生斷裂，這就是因為碳纖維具有極高的“鋼性”（抗壓模量）。

汽車輕量化方面：目前已成功開發出包括車身、底盤、車頂在內的30余種碳纖維復合材料零部件。碳纖維材料汽車較普通鋼材汽車重量可減少60%，據資料介紹，汽車自重減輕100公斤，行駛1 0 0公里可節約燃油0 . 3公斤，自重減少10%，燃油經濟性可提高1 0 % 。當碳纖維復合材料減輕車身重量達50%時，續駛里程可增加75%以上。

軌道交通方面：列車高速運行時，動力學前端所受阻力很大，約占列車運行總阻力的50%。以列車常用電氣接線箱為例，不銹鋼重量為37Kg，鋁為17Kg，碳纖維復合材料為1 2 . 5 K g 。碳纖維對高速列車的減重是非常明顯的，而高速列車的減重也意味著節約能耗和提升運行速度的可能。

體育休閑方面：世界范圍內體育用品方面占碳纖維使用總量的25%左右，其中以碳纖維高爾夫球桿、釣魚竿、網球拍、自行車的使用量最大。

（供稿單位：山東威海拓展纖維有限公司）