碳纤维复合材料的应用与展望

董凤 李思靖 华林林

摘 要：当今社会中，对于碳纤维复合材料的应用是十分广泛的，有效地对复合材料的发展前景进行展望是非常关键的。碳纤维复合材料的巨大应用价值可以很好地体现在汽车工业之中;而在航空航天领域中，碳纤维复合材料的应用可以使航天设备的质量得到提高;在高速动车组中，碳纤维复合材料的应用可以提高动车组的安全系数，使质量得到保证，为我国在机械和材料方面的发展奠定了牢固的根基。

关键词：碳纤维;复合材料;应用与展望

1 碳纤维应用领域的现状

1.1碳纤维复合材料在汽车工业当中的应用

碳纤维复合材料因其具有重量轻、强度高、刚度高、耐腐蚀等优点，越来越受到汽车行业的重视。根据碳纤维复合材料密度小，强度高的特点，其在车身与底盘上的应用，可以在不损失刚度和强度的情况下减轻汽车的重量，保证汽车的安全系数。碳纤维复合材料的韧性强，使其具有较高的能量吸收能力和抗冲击能力，有利于提高汽车的撞击安全性能。具有较高防振性能，可应用于车身、发动机与传动系统，有良好的隔音和减震效果，提升乘客和司机的舒适度。除此以外，复合材料还有耐热、抗腐蚀和抗辐射的优点，全面提升汽车的性能。在汽车工业中应用碳纤维复合材料，不仅使汽车实现轻量化，而且提升了汽车的安全性能和舒适度。在车身、底盘和承重部件的应用中，既保证了汽车的安全性，同时还能为汽车减重，在汽车制造的各种材料中，碳纤维复合材料是最轻的，尤其是与之前使用的钢材相比，碳纤维复合材料的优势在重量方面体现的更加明显。

近些年中，日本开始使用碳纤维复合材料来代替铝合金，制作汽车涡轮增压器的气机叶轮，使叶轮质量降低48%，减小了转子的惯量，提高了加速性能，大大提升了涡轮增压器的响应时间。处理后的碳纤维，使碳纤维复合材料的强度得到了大范围改善，这是碳纤维在发动机中应用的一个非常成功的例子。

1.2碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用

当前，碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用已小有所成，基本上已经建立了碳纤维复合材料体系，并先后开发了多种树脂基体，如酚醛、双马、环氧、聚酰亚胺等，构造了碳纤维-环氧树脂和碳纤维-双马结构及碳纤维-酚醛烧蚀热防护两大复合材料系列，对此项技术的使用越来越熟练，应用范围逐渐夸大，应用比例逐渐增多;预浸料铺层模压、缠绕、热压罐、液体成型等工艺技术手段已建立并应用于各种型号，基本形成了较为完整的复合材料设计、制造、测试和应用的一体化体系，在我国的航空航天事业发展中起着重要的支撑作用。此外，我国使用碳纤维复合材料自主研发出得刹车预制件的性能已完全达到国际水平。采用该工艺制造的碳/碳刹车盘，已批量装备于国防重点型号军用飞机上，并用于B757-200型民航飞机，其他机型的应用正在试验中。

1.3碳纤维复合材料在高速动车组中的应用

目前，世界高铁的发展盛况空前，而中国高速列车的发展尤为迅速，我国高速列车的拥有量和运营里程已占到世界总数的一半以上。随着俄罗斯、泰国等国依次启动高速列车的项目，高速列车市场迈入了一个新时期，需求也越来越大。推动了轨道交通技术的发展，同时也为新材料、新技术的推广应用创造了良好的机遇。随着高速列车的不断发展和完善，用户对于个性化定制需求也呈现出多样化发展的趋势。用户不仅对列车运行速度提出要求，还开始关注列车运行中的节能环保问题、列车运行的舒适便捷程度等。传统的列车由金属材料制成，虽然可以提高速度，但是与此同时会产生强烈的振动、冲击及噪声等问题，而且金属材料的列车在面对高温、高原、沙漠等恶劣环境时，应对能力较弱。其他材料在应用方面也或多或少有一些问题，例如铝合金制造的车体不易焊接、不耐腐蚀，不锈钢制造的车体封闭、焊接时易变形，碳钢的车体易腐蚀、非轻量化。由于这些传统材料应用起来危险性高、制作技术要求高，所以在当下的情况下已不能满足目前的市场需要。

1.4碳纤维复合材料在建筑工程领域中的应用

自上个世纪90年代以来，我国开始对碳纤维复合材料在土木工程和建筑补强领域中的应用进行研究。目前，有几十所高校和科研院所对建筑补强用碳纤维复合材料的制造和应用的关键技术进行了深入的研究工作，并且在生产、设备制造、材料评价和体系设计、应用技术等方面取得了很大进展。现在碳纤维布和碳纤维复合材料板广泛应用于在工程应用的方面，是结构加固中的重要材料，已在人民大会堂、北京工人体育场、天安门城楼、军事博物馆、北京国贸立交桥、北京地铁隧道、京沈高速公路桥、中石油输油管道等许多重大基础、公共和工业设施得到了应用。然而，与其他国家相比，我国在建筑工程领域中对于碳纤维复合材料的应用还处于初始阶段，还有材料类型和应用技术单一的缺点，继续研究解决。

2 碳纤维复合材料的发展前景与建议

①建议国家层面重视，尽快出台碳纤维复合材料发展战略，并以此指导政府各部门制定相关发展政策和投资管理文件，设立投资门槛和投资方向，尽快清理整顿我国现在碳纤维复合材料行业中的混乱局面，使相关投资更科学、更有針对性、更有效益性。

②政府对于资金的利用一定要有针对性，用在关键之处，发挥其作用，要深谙行业之道，洞悉系统的关节，明确投资的目的不是为了增肥，而是在于疏通关节。例如，对国产碳纤维复合材料的用户给予适当补贴，不仅有利于碳纤维复合材料的推广同时让用户收益，还有利于形成国产碳纤维质量提升的激励机制。

③复合材料是碳纤维及其应用的产业链环节。对复合材料企业进行有效投资，不仅能促进碳纤维及其应用的双向发展，还有利于培养和形成复合材料产业群。国际上也有复合材料企业对碳纤维企业进行收购的案例。

④当下，我国迫切需要建立一个具有公信力及号召力的业界协会组织，来规范和约束市场的自律机制，遏制市场竞争中的恶性行为，如低价厮杀等，有效地保护企业自身利益、行业规范甚至国家新兴的高科技产业集群，使其有更广阔的发展空间，实现产业振兴、超越世界、中国伟大复兴的中国梦！

结语

碳纤维复合材料的应用如能在上述领域中进行有效稳定地实施，将会系统地提高我国材料行业的水平，促进碳纤维在我国的应用，能使其有更好的发展前景。

参考文献

[1]王海滨.探究高职碳纤维复合材料的教学中研究性学习的应用[J].高职教育，2017（2）：33-34

[2]崔小云.研究性学习理念下的主体性教学模式探索[J].河南科技学院学报，2010（8）：87-89.

[3]张新元，何碧霞，李建利等.高性能碳纤维的性能及其应用[J].棉纺织技术.2011，39（4）：269-273.