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碳纤维复合材料应用研究报告摘要：本文对碳纤维复合材料应用进行了综述，简介了当前碳纤维复合材料优秀性能、国内外发呈现状及趋势及在其所应用领域中发展前景。同步，也指出了碳纤维复合材料在应用和发展中所存在问题，并给出理解决这些问题对策及建议。核心字：碳纤维，复合材料，应用前景1前言碳纤维复合材料是以碳纤维为增强体与树脂、陶瓷及金属等基体复合而成构造材料。碳纤维是纤维状碳素材料，含碳量在90%以上。它是运用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维除了具备十分优秀力学性能外，碳纤维还具备低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、穿透性高等优良性能[1]。基于此，到当前为止，用碳纤维与其她基体复合而成先进基复合材料是当前用得最多，也是最重要一种构造复合材料。碳纤维复合材料与金属材料或其她工程材料相比有许多优良性能，如表1-1所示[2]：表1-1各材料性能比较材料密度ρ/(g⋅cm-3)弹性模量E/GPa抗拉强度σ/MPa比模量(E/ρ)/[GPa/(g⋅cm-3)]比强度(σ/ρ)/[GPa/(g⋅cm-3)]最高使用温度/℃钢SAE1010（冷轧）7.8720736526.300.05500～650铝6061-T62.7068.931025.520.11150～250高强度碳纤维环氧基（单向）1.55137.8155088.901.0080~215高模量碳纤维环氧基（单向）1.632151240131.900.7680～215碳纤维环氧基（准各向同性）1.5545.557929.350.3780～215通过比较可知，（1）碳纤维复合材料比强度是钢SAE1010（冷轧）近20倍，是铝6061-T6近10倍；其比模量则超过这些钢和铝材3倍。因而其具备高比强度和比模量。（2）大多数碳纤维复合材料可通过设计增强纤维取向及用量来对构造材料性能实行剪裁，达到性能最佳。（3）碳纤维复合材料密度低，质量轻，能有效减轻构件重量。除此之外，碳纤维复合材料尚有多选取性成型工艺、良好耐疲劳性能及良好抗腐蚀性等。由于碳纤维复合材料具备优于其她材料性能，世界各国都在大力发展碳纤维复合材料。碳纤维复合材料总产值147亿美元，其中CFRP产值94亿美元，约占64%。碳纤维复合材料需求7.2万t，预测需求量将达14.6万t（图1-1），—全球碳纤维复合材料年均增长率都将超过11%[3][4]。、需求量为预测值。图1-1—全球碳纤维和碳纤维复合材料需求量其中，欧洲碳纤维复合材料需求占全球市场40%，美国占25%，中华人民共和国占20%，其她国家与地区碳纤维复合材料占市场份额在15%上下。其中中华人民共和国市场对碳纤维需求每年也在逐渐增长，中华人民共和国碳纤维复合材料市场需求如图1-2所示：图1-2中华人民共和国碳纤维复合材料市场需求，碳纤维制造商日本帝人公司扩大碳纤维复合材料合伙领域，其目的是将她们热塑性碳纤维复合材料Sereebo应用到量产车零部件上。美国运用基于ImpossibleObjects复合型增强材制造出碳纤维零件[5]。10月，宝马将推出全新碳纤维复合材料车，全新BMW7系打造了CarbonCore高强度碳纤维,内核，碳纤维增强复合材料被用于加固车顶横梁构造以及B柱和C柱、底部侧围、中央通道和后部支撑。与上一代车型相比，最大减重达130kg[6]。随着世界各国对碳纤维复合材料广泛应用，各国将会注重并大力发展碳纤维复合材料且其应用领域将更加辽阔。2碳纤维复合材料应用前景碳纤维复合材料重要应用到航天航空、汽车、船舶、风力发电、运动休闲、土木建筑、压力容器等领域，其各个领域所占市场份额如图2-1所示[7]图2-1全球各种碳纤维复合材料市场需求份额比例在中华人民共和国，随着航天航空、汽车、船舶、风力发电、运动休闲等大力发展，碳纤维及其复合材料应用占全世界1/4，航天航空、汽车、船舶、风力发电、运动休闲、土木建筑、压力容器等领域所占份额如图2-2所示。图2-2中华人民共和国各种碳纤维复合材料市场需求份额比例2.1在航天航空领域应用普通，先进复合材料一方面应用于航天航空等国防工业领域，然后随着技术成熟，慢慢向民用领域发展。以高性能碳纤维复合材料为代表先进复合材料作为构造、功能一体化材料，在民用飞机、导弹等航空航天领域发挥着不可预计作用[8]。2.1.1民用飞机碳纤维复合材料与钢材相比其质量减轻75%，而强度却提高4倍，其在航空航天复合材料上使用，大大改进了大型商用飞机燃油效率，空客A380、A400M和波音787中碳纤维复合材料使用量均已超过50%。其机身、机尾翼采用碳纤维层合构造，升降舵、方向舵保存碳纤维夹芯机构。大量应用复合材料获得低油耗、高巡航速度使其得以实现更多点对点不经停直飞航线。碳复合材料具备耐高温、抗