碳纖維是先進(jìn)復(fù)合材料最常用的也是最重要的增強(qiáng)體。碳纖維是由不完全石墨結(jié)晶沿纖維軸向排列的一種多晶的新型無機(jī)非金屬材料�；瘜W(xué)組成中碳元素含量達(dá)95%以上，超過99%以上稱為石墨纖維。
碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品。主要用于制備先進(jìn)復(fù)合材料(ACM)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域及土木建筑領(lǐng)域。鑒于近年軍事工業(yè)上應(yīng)用的萎縮、碳纖維成本的降低及先進(jìn)低成本制造復(fù)合材料技術(shù)的突破，碳纖維復(fù)合材料在建筑、工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴膽?yīng)用便成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)，并取得了一定的突破性進(jìn)展。
1、在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
在航空航天領(lǐng)域，由于碳纖維重量輕，剛性、尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，高模量碳纖維很早便應(yīng)用于人造衛(wèi)星中。碳纖維在宇航上的應(yīng)用主要在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和噴管上。2002 年，在宇航領(lǐng)域中碳纖維的需求量大約是4000 t。據(jù)報(bào)道，全球碳纖維在航空航天領(lǐng)域中需求增長(zhǎng)速度最快，2003-2006 年其年均增長(zhǎng)率為85%，至2009 年以后3 年中，仍保持每年73%的增長(zhǎng)速率。在飛機(jī)制造方面， 小型商務(wù)機(jī)和直升飛機(jī)的復(fù)合材料用量已占70%一80%，軍用機(jī)30%一40%，大型客機(jī)15%一20%。碳纖維在飛機(jī)上的比例已從原來的10%-20%上升至50%-80%。
（1）在民用大型客機(jī)方面，波音和空中客車公司兩大飛機(jī)制造商大量采用復(fù)合材料。A380 客機(jī)使用復(fù)合材料達(dá)25-30 t/架，其中85%是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)。中等尺寸規(guī)格的A350飛機(jī)中占總質(zhì)量52%的結(jié)構(gòu)組件將采用復(fù)合材料來制造， 主要是碳纖維增強(qiáng)塑料材料，B787 每架需碳纖維23 t。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。2005 年波音公司飛機(jī)合同650 架，空中客車公司417 架，2005 年底兩大飛機(jī)公司交付飛機(jī)620 架， 復(fù)合材料用量約1700 t，CFRP 約1020 t。據(jù)悉，波音公司近十年將有10000 架次的市場(chǎng)，未來20 年全球?qū)⑿枰?5000 架大型飛機(jī)，總價(jià)值約2 萬億美元。波音公司還報(bào)導(dǎo)，到2020 年中國(guó)需要1764 架商用飛機(jī)，是美國(guó)本土以外最大的市場(chǎng)。中國(guó)航空公司要增加1459 架新飛機(jī)，僅僅是為了滿足國(guó)內(nèi)航線。自2005 年碳纖維復(fù)合材料在B-777 飛機(jī)上的成功應(yīng)用以來，全球范圍掀起碳纖維復(fù)合材料熱潮，歐美大型飛機(jī)加快了使用復(fù)合材料的步伐，新設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或投入使用的飛機(jī)，大量使用碳纖維復(fù)合材料。
（2）除了民用大型客機(jī)方面，另一大領(lǐng)域就是碳纖維在軍用飛機(jī)制造方面的應(yīng)用。根據(jù)2001-2005 年總的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)國(guó)防空軍對(duì)碳纖維需求量為995,320 千克。洛克希德馬丁公司戰(zhàn)勝波音被選為聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)的制造商，3000 架戰(zhàn)斗機(jī)總值為2000 億美元。因此，可以預(yù)計(jì)中、長(zhǎng)期碳纖維在航天航空領(lǐng)域仍會(huì)有一定增長(zhǎng)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001 年航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求為2690 t，2002 年和2003 年對(duì)碳纖維的需求量有所減少，2002 年約減少20%，2003 年則減少約9 %。2003 年以后航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，2006 年與2001 年相比增長(zhǎng)約40 %，2008年增長(zhǎng)約76 %， 2010 年和2001 年相比增長(zhǎng)超過100%。
2、在體育休閑用品領(lǐng)域中的應(yīng)用
文體用品領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求，2003-2006 年的年均增長(zhǎng)率為42%，至2009 年以后三年中，預(yù)計(jì)年均增速為46%。2003 年和2004 年世界碳纖維總消耗量分別為19210 t 和20680 t，而用于體育休閑用品的碳纖維都超過5000 t，占世界碳纖維總消耗量的25%左右。體育用品使用碳纖維絕對(duì)數(shù)量仍在增加，根據(jù)美國(guó)體育用品制造商協(xié)會(huì)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 美國(guó)市場(chǎng)體育用品設(shè)備銷售在2006 年總額約250 億美元，這還不包括鞋子、機(jī)動(dòng)車輛和舉重器材。大量使用碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)品是高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。生產(chǎn)上述7 種產(chǎn)品，制造商在2006 年的復(fù)合產(chǎn)品消費(fèi)量估計(jì)為6710 噸左右。按此計(jì)算，2006 年體育用品制造業(yè)所用的碳纖維占全球消費(fèi)量的24%左右。但是，同過去相比，體育用品的碳纖維使用量占全球使用量的比例在逐漸降低，2004 年體育用品碳纖維用量占了大約31%。不過，體育用品使用碳纖維的絕對(duì)數(shù)仍在增加，在未來幾年內(nèi)，每年的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)平均為4.3%，到2009 年或2010 年，使用量將有可能超過唱片業(yè)的水平。據(jù)估計(jì)，全球每年的高爾夫球棒的產(chǎn)量為3400 萬副，主要產(chǎn)自美國(guó)、中國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣�。蝗蛱祭w維釣魚竿的產(chǎn)量每年約2000 萬付；網(wǎng)球拍框架的市場(chǎng)容量約為每年600 萬付。碳纖維在其他體育項(xiàng)目的應(yīng)用還包括冰球棍、劃船、賽艇、沖浪器械等。
3、在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
汽車零部件輕量化， 小型化已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的重要課題。汽車輕量化使得汽車油耗降低，大大降低了汽車的使用成本，也使總的能耗大大降低了。據(jù)資料介紹，汽車自重減輕100公斤，行駛100 公里，可節(jié)省油0.3 公斤。自重減輕10%，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高10%。目前在汽車工業(yè)中應(yīng)用復(fù)合材料的有： 驅(qū)動(dòng)軸，車身，車門，橫梁，油箱，懸臂梁，鋼板彈簧，減速器，變速器支架，座位架，行李箱板和方向盤等。據(jù)悉，福特和保時(shí)捷生產(chǎn)的GT 型賽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩已全部采用碳纖維材料；奔馳的57S 型轎車原來內(nèi)裝飾全部以碳纖維替代； 通用的雪佛萊轎車底盤的內(nèi)裝飾材料也采用碳纖維；寶馬公司將M6 型轎車的頂篷全部采用碳纖維等。1992 年通用汽車公司的超輕概念車車身采用碳纖維復(fù)合材料由手鋪碳纖維預(yù)浸料工藝制造，整體車身質(zhì)量?jī)H為191公斤，車身剛度優(yōu)于鋼制車身，密度僅為鋼制車身的1/4。英國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料集團(tuán)生產(chǎn)BPS240 車身板系統(tǒng)和MTM57 零件預(yù)浸料被選用于IFR 汽車公司的Aspid 豪華賽車上，碳纖維的主導(dǎo)地位使車減重700 kg。
英國(guó)材料系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(MSL)就各種材料對(duì)車身輕量化的效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的車身質(zhì)量?jī)H為172公斤，而鋼制車身為367.9 公斤，輕量化效果達(dá)53%以上。
設(shè)計(jì)表明，一輛典型小車的碳纖維用量可以超過113kg。僅僅為了滿足北美的需求， 碳纖維的需求量就達(dá)現(xiàn)有世界碳纖維總生產(chǎn)能力的100 倍。洛克希德馬丁研究所的瓦倫統(tǒng)計(jì)過，如每輛北美的汽車用2.2kg 碳纖維， 那北美1800 萬輛小車的碳纖維總量就超過當(dāng)前全球大絲束碳纖維總產(chǎn)能的4 倍。
4、一般工業(yè)應(yīng)用
近幾年，一般工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求不斷增長(zhǎng)。在能源和貯能方面，如在風(fēng)力發(fā)電葉片、飛輪、電池、油氣開采、壓力容器等領(lǐng)域上的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。據(jù)報(bào)導(dǎo)，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維高達(dá)2700 t，主要用于生產(chǎn)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)施等。碳纖維還可以應(yīng)用于供溫室吸附與分離氣體用的新型碳基裝置，在環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。除此以外，一些新興用途，如土木建筑的補(bǔ)強(qiáng)加固材料，航海構(gòu)件，電磁屏蔽材料和靜電消散材料等方面的應(yīng)用也在增加。
（1）海上油氣開采
用于平臺(tái)錨固到海底的繩索和連接油井口到平臺(tái)的管子。碳纖維復(fù)合材料繩索和管子因其優(yōu)異的性能在海上油田的市場(chǎng)
潛力巨大。2005-2010 年復(fù)合材料生產(chǎn)管子和繩索的潛在市場(chǎng)。
（2）風(fēng)力發(fā)電
據(jù)GEC 預(yù)測(cè)，2004 年風(fēng)電裝機(jī)容量約40000MV，2008 年預(yù)計(jì)達(dá)到95000MV，假定增加部分一半用碳纖維葉片，需要34000個(gè)葉片，11000 個(gè)2MV 的渦輪機(jī)， 每個(gè)葉片大約需要碳纖維1500-2000 公斤，2004-2008 年共需要碳纖維59000 噸， 年平均需求量15000 噸/年，相當(dāng)于06 年全球碳纖維產(chǎn)能的50%。據(jù)估計(jì)，到2008 年用于葉片的碳纖維可達(dá)4536 t，其用量可占世界年碳纖維產(chǎn)量的25%左右。
碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品。主要用于制備先進(jìn)復(fù)合材料(ACM)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域及土木建筑領(lǐng)域。鑒于近年軍事工業(yè)上應(yīng)用的萎縮、碳纖維成本的降低及先進(jìn)低成本制造復(fù)合材料技術(shù)的突破，碳纖維復(fù)合材料在建筑、工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴膽?yīng)用便成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)，并取得了一定的突破性進(jìn)展。
1、在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
在航空航天領(lǐng)域，由于碳纖維重量輕，剛性、尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，高模量碳纖維很早便應(yīng)用于人造衛(wèi)星中。碳纖維在宇航上的應(yīng)用主要在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和噴管上。2002 年，在宇航領(lǐng)域中碳纖維的需求量大約是4000 t。據(jù)報(bào)道，全球碳纖維在航空航天領(lǐng)域中需求增長(zhǎng)速度最快，2003-2006 年其年均增長(zhǎng)率為85%，至2009 年以后3 年中，仍保持每年73%的增長(zhǎng)速率。在飛機(jī)制造方面， 小型商務(wù)機(jī)和直升飛機(jī)的復(fù)合材料用量已占70%一80%，軍用機(jī)30%一40%，大型客機(jī)15%一20%。碳纖維在飛機(jī)上的比例已從原來的10%-20%上升至50%-80%。
（1）在民用大型客機(jī)方面，波音和空中客車公司兩大飛機(jī)制造商大量采用復(fù)合材料。A380 客機(jī)使用復(fù)合材料達(dá)25-30 t/架，其中85%是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)。中等尺寸規(guī)格的A350飛機(jī)中占總質(zhì)量52%的結(jié)構(gòu)組件將采用復(fù)合材料來制造， 主要是碳纖維增強(qiáng)塑料材料，B787 每架需碳纖維23 t。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。2005 年波音公司飛機(jī)合同650 架，空中客車公司417 架，2005 年底兩大飛機(jī)公司交付飛機(jī)620 架， 復(fù)合材料用量約1700 t，CFRP 約1020 t。據(jù)悉，波音公司近十年將有10000 架次的市場(chǎng)，未來20 年全球?qū)⑿枰?5000 架大型飛機(jī)，總價(jià)值約2 萬億美元。波音公司還報(bào)導(dǎo)，到2020 年中國(guó)需要1764 架商用飛機(jī)，是美國(guó)本土以外最大的市場(chǎng)。中國(guó)航空公司要增加1459 架新飛機(jī)，僅僅是為了滿足國(guó)內(nèi)航線。自2005 年碳纖維復(fù)合材料在B-777 飛機(jī)上的成功應(yīng)用以來，全球范圍掀起碳纖維復(fù)合材料熱潮，歐美大型飛機(jī)加快了使用復(fù)合材料的步伐，新設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或投入使用的飛機(jī)，大量使用碳纖維復(fù)合材料。
（2）除了民用大型客機(jī)方面，另一大領(lǐng)域就是碳纖維在軍用飛機(jī)制造方面的應(yīng)用。根據(jù)2001-2005 年總的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)國(guó)防空軍對(duì)碳纖維需求量為995,320 千克。洛克希德馬丁公司戰(zhàn)勝波音被選為聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)的制造商，3000 架戰(zhàn)斗機(jī)總值為2000 億美元。因此，可以預(yù)計(jì)中、長(zhǎng)期碳纖維在航天航空領(lǐng)域仍會(huì)有一定增長(zhǎng)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001 年航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求為2690 t，2002 年和2003 年對(duì)碳纖維的需求量有所減少，2002 年約減少20%，2003 年則減少約9 %。2003 年以后航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，2006 年與2001 年相比增長(zhǎng)約40 %，2008年增長(zhǎng)約76 %， 2010 年和2001 年相比增長(zhǎng)超過100%。
2、在體育休閑用品領(lǐng)域中的應(yīng)用
文體用品領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求，2003-2006 年的年均增長(zhǎng)率為42%，至2009 年以后三年中，預(yù)計(jì)年均增速為46%。2003 年和2004 年世界碳纖維總消耗量分別為19210 t 和20680 t，而用于體育休閑用品的碳纖維都超過5000 t，占世界碳纖維總消耗量的25%左右。體育用品使用碳纖維絕對(duì)數(shù)量仍在增加，根據(jù)美國(guó)體育用品制造商協(xié)會(huì)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 美國(guó)市場(chǎng)體育用品設(shè)備銷售在2006 年總額約250 億美元，這還不包括鞋子、機(jī)動(dòng)車輛和舉重器材。大量使用碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)品是高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。生產(chǎn)上述7 種產(chǎn)品，制造商在2006 年的復(fù)合產(chǎn)品消費(fèi)量估計(jì)為6710 噸左右。按此計(jì)算，2006 年體育用品制造業(yè)所用的碳纖維占全球消費(fèi)量的24%左右。但是，同過去相比，體育用品的碳纖維使用量占全球使用量的比例在逐漸降低，2004 年體育用品碳纖維用量占了大約31%。不過，體育用品使用碳纖維的絕對(duì)數(shù)仍在增加，在未來幾年內(nèi)，每年的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)平均為4.3%，到2009 年或2010 年，使用量將有可能超過唱片業(yè)的水平。據(jù)估計(jì)，全球每年的高爾夫球棒的產(chǎn)量為3400 萬副，主要產(chǎn)自美國(guó)、中國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣�。蝗蛱祭w維釣魚竿的產(chǎn)量每年約2000 萬付；網(wǎng)球拍框架的市場(chǎng)容量約為每年600 萬付。碳纖維在其他體育項(xiàng)目的應(yīng)用還包括冰球棍、劃船、賽艇、沖浪器械等。
3、在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
汽車零部件輕量化， 小型化已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的重要課題。汽車輕量化使得汽車油耗降低，大大降低了汽車的使用成本，也使總的能耗大大降低了。據(jù)資料介紹，汽車自重減輕100公斤，行駛100 公里，可節(jié)省油0.3 公斤。自重減輕10%，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高10%。目前在汽車工業(yè)中應(yīng)用復(fù)合材料的有： 驅(qū)動(dòng)軸，車身，車門，橫梁，油箱，懸臂梁，鋼板彈簧，減速器，變速器支架，座位架，行李箱板和方向盤等。據(jù)悉，福特和保時(shí)捷生產(chǎn)的GT 型賽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩已全部采用碳纖維材料；奔馳的57S 型轎車原來內(nèi)裝飾全部以碳纖維替代； 通用的雪佛萊轎車底盤的內(nèi)裝飾材料也采用碳纖維；寶馬公司將M6 型轎車的頂篷全部采用碳纖維等。1992 年通用汽車公司的超輕概念車車身采用碳纖維復(fù)合材料由手鋪碳纖維預(yù)浸料工藝制造，整體車身質(zhì)量?jī)H為191公斤，車身剛度優(yōu)于鋼制車身，密度僅為鋼制車身的1/4。英國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料集團(tuán)生產(chǎn)BPS240 車身板系統(tǒng)和MTM57 零件預(yù)浸料被選用于IFR 汽車公司的Aspid 豪華賽車上，碳纖維的主導(dǎo)地位使車減重700 kg。
英國(guó)材料系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(MSL)就各種材料對(duì)車身輕量化的效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的車身質(zhì)量?jī)H為172公斤，而鋼制車身為367.9 公斤，輕量化效果達(dá)53%以上。
設(shè)計(jì)表明，一輛典型小車的碳纖維用量可以超過113kg。僅僅為了滿足北美的需求， 碳纖維的需求量就達(dá)現(xiàn)有世界碳纖維總生產(chǎn)能力的100 倍。洛克希德馬丁研究所的瓦倫統(tǒng)計(jì)過，如每輛北美的汽車用2.2kg 碳纖維， 那北美1800 萬輛小車的碳纖維總量就超過當(dāng)前全球大絲束碳纖維總產(chǎn)能的4 倍。
4、一般工業(yè)應(yīng)用
近幾年，一般工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求不斷增長(zhǎng)。在能源和貯能方面，如在風(fēng)力發(fā)電葉片、飛輪、電池、油氣開采、壓力容器等領(lǐng)域上的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。據(jù)報(bào)導(dǎo)，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維高達(dá)2700 t，主要用于生產(chǎn)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)施等。碳纖維還可以應(yīng)用于供溫室吸附與分離氣體用的新型碳基裝置，在環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。除此以外，一些新興用途，如土木建筑的補(bǔ)強(qiáng)加固材料，航海構(gòu)件，電磁屏蔽材料和靜電消散材料等方面的應(yīng)用也在增加。
（1）海上油氣開采
用于平臺(tái)錨固到海底的繩索和連接油井口到平臺(tái)的管子。碳纖維復(fù)合材料繩索和管子因其優(yōu)異的性能在海上油田的市場(chǎng)
潛力巨大。2005-2010 年復(fù)合材料生產(chǎn)管子和繩索的潛在市場(chǎng)。
（2）風(fēng)力發(fā)電
據(jù)GEC 預(yù)測(cè)，2004 年風(fēng)電裝機(jī)容量約40000MV，2008 年預(yù)計(jì)達(dá)到95000MV，假定增加部分一半用碳纖維葉片，需要34000個(gè)葉片，11000 個(gè)2MV 的渦輪機(jī)， 每個(gè)葉片大約需要碳纖維1500-2000 公斤，2004-2008 年共需要碳纖維59000 噸， 年平均需求量15000 噸/年，相當(dāng)于06 年全球碳纖維產(chǎn)能的50%。據(jù)估計(jì)，到2008 年用于葉片的碳纖維可達(dá)4536 t，其用量可占世界年碳纖維產(chǎn)量的25%左右。
