碳纖維是一種兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征的化工新材料，是新一代的增強(qiáng)纖維。它的密度不到鋼的1／4，但抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7～9倍，抗拉彈性也高于鋼；與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量(指表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量)是其3倍多；與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。正是由于兼具優(yōu)異性能，碳纖維在國(guó)防和民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。
     
      碳纖維是指含碳量在90％以上的高強(qiáng)度、高模量纖維。它是以化纖和石油產(chǎn)品經(jīng)特殊工藝制成的纖維。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防、軍工和民用方面都是重要材料。
 
　　碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。高性能碳纖維是制造先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料，是發(fā)展國(guó)防軍工與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略物資，在當(dāng)今世界高速工業(yè)化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化、核心化。
　　
       由于碳纖維神秘的面紗尚未完全揭開，人們現(xiàn)在還不能直接用碳或石墨來制取，只能采用一些含碳的有機(jī)纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)為原料，將有機(jī)纖維與塑料樹脂結(jié)合在一起炭化制得碳纖維。根據(jù)原料及生產(chǎn)方式不同，碳纖維主要分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維、黏膠基碳纖維等。
　　
      碳纖維除了用于航空航天領(lǐng)域、國(guó)防軍事領(lǐng)域和體育休閑用品外，汽車構(gòu)件、風(fēng)力發(fā)電葉片、建筑加固材料、增強(qiáng)塑料、鉆井平臺(tái)等碳纖維新市場(chǎng)也正在興起。待開發(fā)市場(chǎng)有壓力容器、醫(yī)療器械、海洋開發(fā)、新能源等領(lǐng)域.

       航空航天領(lǐng)域
 
       碳纖維復(fù)合材料以其獨(dú)特、卓越的理化性能，廣泛應(yīng)用在火箭、導(dǎo)彈和高速飛行器等航空航天業(yè)。例如采用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料制造的飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭等宇宙飛行器，不但推力大，噪音?。欢矣捎谄滟|(zhì)量較輕，所以動(dòng)力消耗少，可節(jié)約大量燃料。據(jù)報(bào)道，航天飛行器的質(zhì)量每減少lkg，就可使運(yùn)載火箭減輕500kg。2007年面世的超大型飛機(jī)A380，復(fù)合材料的密度已達(dá)23％。預(yù)計(jì)于2010年問世的A350超寬客機(jī)，其高性能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)所占比例將達(dá)62％，成為空客公司第一架全復(fù)合材料機(jī)翼飛機(jī)。輕質(zhì)“外衣”不僅能有效克服質(zhì)量與安全之間固有的矛盾，還能大幅降低飛機(jī)能耗。以A380為例，其首架飛機(jī)每位乘客的百千米油耗不到3L，而A350的百千米油耗預(yù)計(jì)只有2．5L／人，幾乎可以跟現(xiàn)在的小汽車媲美。

       航空航天領(lǐng)域是世界碳纖維的傳統(tǒng)市場(chǎng)，航空器中碳纖維復(fù)合材料的使用量未來幾年將以年均12％的速度繼續(xù)增長(zhǎng)，估計(jì)將從2008年的8200噸增加至2010年的1萬(wàn)噸以上，2012年可達(dá)1．3萬(wàn)噸。碳纖維復(fù)合材料約占空客A380飛機(jī)35噸結(jié)構(gòu)材料中的20％以上，包括中央翼盒、機(jī)尾組件以及壓艙壁。波音787中結(jié)構(gòu)材料有近50％需要使用碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)塑料，包括主機(jī)翼和機(jī)身。金屬結(jié)構(gòu)材料采用碳纖維復(fù)合材料后不僅可以減輕機(jī)身質(zhì)量，而且還可以保證不損失強(qiáng)度或剛度，大大提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。新一代的客機(jī)將使用更高比例的碳纖維復(fù)合材料。同時(shí)，碳纖維在中小型噴氣客機(jī)中的需求也將快速增長(zhǎng)。例如，三菱重工計(jì)劃利用碳纖維復(fù)合材料制作新一代支線噴氣客機(jī)MRJ主機(jī)翼和尾部組件，該機(jī)型預(yù)計(jì)在2013年進(jìn)入市場(chǎng)。

       機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料化程度被認(rèn)為是飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志，可以說是“一代飛機(jī)，一代材料”。國(guó)外復(fù)合材料在軍機(jī)、直升機(jī)、無人機(jī)上的用量早已達(dá)到或超過50％，如今在大型客機(jī)上的用量也超過了50％。
　　
      空客集團(tuán)研制的超大型客機(jī)A380目前已交付使用。飛機(jī)復(fù)合材料占25％，主要應(yīng)用部件包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、機(jī)身地板梁和后承壓框等，僅中央翼盒用復(fù)合材料就達(dá)5．3噸，實(shí)現(xiàn)減重1．5噸。A380是第一個(gè)將復(fù)合材料應(yīng)用于受載很大的中央翼盒的大型民用機(jī)，開創(chuàng)了大型民用機(jī)大規(guī)模采用復(fù)合材料的先河。
　　
       美國(guó)波音飛機(jī)公司研制的B787飛機(jī)也已于2007年成功下線，整機(jī)主要結(jié)構(gòu)均采用碳纖維復(fù)合材料制成，從外表看，除機(jī)翼、尾翼前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)掛架外，幾乎看不到金屬。這是世界上第一個(gè)采用復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型客機(jī)，被公認(rèn)為復(fù)合材料發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑。復(fù)合材料的大量應(yīng)用大幅減輕了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，并使飛機(jī)的燃油效率提高20％。

  　 美國(guó)波音公司20世紀(jì)90年代初推出的波音777型客機(jī)就大量采用了這種新型材料，使用比例約占10％。波音777飛機(jī)利用碳纖維做結(jié)構(gòu)材料，包括水平和垂直的橫尾翼與橫梁，如果這兩部分重要的結(jié)構(gòu)受損，那么整個(gè)飛機(jī)在飛行的過程中就可能墜毀；這些材料被稱為“首要的結(jié)構(gòu)材料”，所以對(duì)其質(zhì)量要求極其苛刻。對(duì)于波音777飛機(jī)，日本東麗公司是波音公司指定的唯一有資格的碳纖維制造商；歐洲空客也在其飛機(jī)上使用了大量的碳纖維，東麗公司的TORAYCA碳纖維將被大量應(yīng)用在新型客機(jī)A380上。
 
　　波音公司即將推出新一代高速寬體客機(jī)--“音速巡洋艦”，約60％的結(jié)構(gòu)部件都采用強(qiáng)化碳纖維塑料復(fù)合材料，其中包括機(jī)翼，這種材料比鋁更加輕便，但強(qiáng)度不相上下。據(jù)稱，如果客機(jī)中所有部件都使用這種復(fù)合材料，那么，新型客機(jī)的飛行速度會(huì)提高15％～20％。

      波音公司于2007年7月初正式推出的中型“綠色”噴氣客機(jī)787 Dreamliner，可以載客330人，長(zhǎng)途飛行時(shí)可節(jié)約高達(dá)20％的燃料，由此減少溫室氣體排放。波音推出的787 Dreamliner新機(jī)型于2008年在日本的全日空航線上投入商業(yè)服務(wù)，其創(chuàng)新的設(shè)計(jì)特征包括：飛機(jī)絕大部分使用高科技塑料復(fù)合材料代替鋁材質(zhì)；飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)的50％左右，包括機(jī)身和機(jī)翼均采用復(fù)合材料如碳纖維制作。由于機(jī)身整體采用復(fù)合材料制造，從而無需使用1500塊鋁板材和4萬(wàn)～5萬(wàn)個(gè)緊固件；與傳統(tǒng)的材料相比，使用復(fù)合材料會(huì)使飛機(jī)更為強(qiáng)固和輕巧，可以提高燃油利用效率。這種創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)使飛機(jī)提高了運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)提高了耐用性。

       2005年新型空中客車A350和波音787客機(jī)Dreamliner投產(chǎn)給碳纖維工業(yè)帶來顯著的推進(jìn)作用?？罩锌蛙嘇350中復(fù)合材料用量已接近總質(zhì)量的40％；波音787機(jī)翼和機(jī)身上使用的復(fù)合材料超過了50％，質(zhì)量的減少可以使其節(jié)約大約20％的燃料費(fèi)，加上腐蝕等方面費(fèi)用的節(jié)省，更是驚人。據(jù)市場(chǎng)稱，波音和空中客車每年交付使用客機(jī)大約250～350架。

       歐洲空中客車公司研制的世界最大民用貨機(jī)A380F于2005年4月投入生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中更多地采用了碳纖維材料，翼展79．8m、長(zhǎng)73m、高24．1m，相當(dāng)于8層高的樓房，是世界上正在制造的最大貨機(jī)，設(shè)計(jì)商用載重量可達(dá)150噸、航程1．04萬(wàn)km。A380F的中央翼盒采用了碳纖維增強(qiáng)塑料，這種材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，采用新型材料和高技術(shù)將使A380F在性能上比老一代大型飛機(jī)更具優(yōu)勢(shì)?？罩锌蛙嚬菊J(rèn)為，全球貨運(yùn)市場(chǎng)在未來20年內(nèi)將快速發(fā)展，但目前承運(yùn)商面臨著收益減少和貨物密度下降的壓力，因此承運(yùn)商希望貨機(jī)容量更大，以降低單位成本，A380F正是為這一需求而設(shè)計(jì)的。首架A380F于2008年投入運(yùn)營(yíng)。

       最近幾年，尤其在亞洲和歐洲，飛機(jī)乘客數(shù)量的增加促進(jìn)了對(duì)新飛機(jī)的需求?！犊湛腿蚴袌?chǎng)預(yù)測(cè)》估計(jì)，2006年～2025年間，飛機(jī)運(yùn)營(yíng)商將需要22700架客機(jī)和貨機(jī)。這些OEM正引領(lǐng)著結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料用量的巨大增長(zhǎng)，其中包括碳纖維，其最新的應(yīng)用就是B787和A380飛機(jī)。

      截至2007年12月，空客A380就收到189個(gè)訂單。A380為大型噴氣式客機(jī)，其結(jié)構(gòu)(包括主要結(jié)構(gòu))使用了22％的碳纖維復(fù)合材料。截至2008年1月中旬，波音公司宣布B787訂單達(dá)到857架。B787中碳纖維／環(huán)氧預(yù)浸料的唯一供應(yīng)商是東京的東麗公司(Toray)，兩家公司已經(jīng)就Torayca預(yù)浸料簽訂了長(zhǎng)達(dá)18年的供應(yīng)合同。一直到2021年。據(jù)報(bào)道，787主要結(jié)構(gòu)的合同價(jià)值高達(dá)20．3億歐元(30億美元)。

      碳纖維在中小型噴氣客機(jī)中的需求也將快速增長(zhǎng)。例如，三菱重工利用碳纖維復(fù)合材料制作新一代支線噴氣客機(jī)MRJ主機(jī)翼和尾部組件，該機(jī)型預(yù)計(jì)在2013年進(jìn)入市場(chǎng)。

      歐洲空中客車公司授予赫氏復(fù)材(Hexcel公司)其遠(yuǎn)程寬體客機(jī)A350XWB主結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)期供應(yīng)合同，此合同要求赫氏復(fù)材供應(yīng)碳纖維復(fù)合材料直至2025年。隨著A350XWB設(shè)計(jì)告一段落，赫氏復(fù)材和空客公司將共同對(duì)用于主結(jié)構(gòu)件的赫氏復(fù)材產(chǎn)品進(jìn)行確認(rèn)，并完成最終的規(guī)范和認(rèn)證。此合同預(yù)計(jì)將給赫氏復(fù)材帶來40～50億美元的收人。另外，除用于主結(jié)構(gòu)件外，赫氏復(fù)材的復(fù)合材料還將用于A350的次結(jié)構(gòu)件和內(nèi)裝飾部件，產(chǎn)品包括織物、樹脂、預(yù)浸料、膠膜、蜂窩、HexMC模壓件等，這些與A350相關(guān)的材料也將為赫氏復(fù)材帶來相當(dāng)可觀的收入。根據(jù)該合同，赫氏復(fù)材將主要提供用新一代高韌性環(huán)氧樹脂浸漬HexTow茁中模量碳纖維的HexPly茁預(yù)浸料。赫氏復(fù)材為擴(kuò)大產(chǎn)能將明顯增加投資，以滿足日益增長(zhǎng)的A350的訂單。確切的投資規(guī)模和時(shí)間將按照空客公司與其它供應(yīng)商的預(yù)測(cè)進(jìn)行。復(fù)合材料及其部件由赫氏復(fù)材在美國(guó)、法國(guó)、西班牙、德國(guó)及英國(guó)的工廠生產(chǎn)。