碳纤维制品有哪些？

在跟大家讲解碳纤维制品之前，小灏先跟大家说下碳纤维复合材料是什么？

碳纤维复合材料，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维具有许多优良性能，比如碳纤维的轴向强度和模量高、密度低、无蠕变、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好等优良性能。碳纤维还具有良好的导电、导热性能和电磁屏蔽性能。

下面我们主要讲解下碳纤维材料为现代工业做出的巨大贡献。作为新兴材料，碳纤维在军用领域、汽车领域和无人机领域等均有过人表现。

1. 碳纤维复合材料产品打破了传统原材料和工艺设计局限，采用复合材料材质，具有重量轻、比强度高、荷重比高、耐腐蚀、环境适应性强、耐冲击和高性价比等特点。

2. 碳纤维复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身的最轻材料。现已广泛应用于汽车领域。

3.碳纤维复合材料的强度韧性都比普通传统塑胶要强很多，可以用厚度很薄的料来实现高强度的零件制作，重量又比同样强度的金属轻很多，所以在无人机上大量使用碳纤维工艺。

中国航天军工碳纤维，曾被美日卡住脖子？看中国碳纤维如何突围

2013年，一位名叫张铭算的中国商人远赴重洋前去美国，为自家的体育器材厂求购一些特殊材料，准备生产一批高质量的曲棍球、羽毛球拍。结果不料， 刚到美国没多久，张铭算就被警方逮捕入狱。 而美国政府对此给出的理由是：“该中国商人无视美国法律，试图无证出口紧俏商品并将其提供给一个外国强国。”最终，张铭算被美国**判处近5年的有期徒刑。事后经调查， 张铭算前去美国采购的商品名称叫做碳纤维 ，而这是美国和日本严格对中国封锁的一种材料。

事实上，张铭算事件只是当时中国碳纤维产业的一个缩影。甚至当时还流传出了， “外国碳纤维，勒住中国军工脖子” 的说法。其受制程度可想而知。然而令美国和日本没想到的是，几年后中国的碳纤维产业却像坐火箭一样迅速崛起。 不仅突破了“欧美日韩”等西方国家的封锁，还将这种被称为“黑黄金”的材料拉下神坛，走进了千家万户。 让中国“发达国家粉碎机”的名号再次坐实！那么问题来了：

碳纤维到底是什么材料？

为何能让世界大国如此重视？

而中国又是如何在重重封锁下，突围成功的呢？

偶然诞生的材料之王

提到碳纤维，其实很多人都听过。 高端的像顶级跑车的外壳、航天器的部分零件，较为低端的像公园大爷钓鱼用的鱼竿、各种轻量化的运动器材基本都有碳纤维的身影！ 但是碳纤维究竟是什么，相信绝大多数人都知之甚少！

碳纤维材料的起源其实极为偶然。众所周知，爱迪生在发明改良灯泡的时候，曾测试过上千种材料，而碳纤维也是其中之一。 当时的爱迪生团队，尝试性的用竹子、亚麻或棉纱等纤维原料，造出了目前已知的，世界上最早应用的碳纤维材料。 并且出于职业习惯，当时的爱迪生还为碳纤维注册了技术专利。

但遗憾的是，由于当时材料的限制以及制造工艺的落后。爱迪生团队造出的碳纤维强度性能都极为有限，最终并被未大规模应用。这项重要的专利，也就此沉寂了数十年。

直到上世纪50年代，全球的航天产业崛起，材料学再次迎来了大爆发时期。而当时由于航天产业的特殊性， 科研人员迫切需要一种质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀的材料。此时碳纤维才再次进入科学家的视野。 得益于工业水平的提高，当时的碳纤维材料其密度和强度已经极为可观。

以具体数据来看：同样体积的碳纤维和金属材料， 碳纤维的重量只是钢铁的1/4,铝合金的1/2。 而相比之下，碳纤维的材料抗拉伸 强度却能达到3500MPa以上，是钢的6到7倍，铝合金的12倍。 其优势可见一斑。而且除了强度以外，碳纤维的弹性、耐高温耐低温特性、耐腐蚀强度以及热*胀系数都极为优良， 堪称当时的“新材料”之王！

凭借着这些优势， 碳纤维也迅速进入航天、军工等特殊产业，成为了名副其实的“黑色黄金”！ 当然，碳纤维这些极为优秀的材料特性也并不凭空得来的，其核心就在于它特殊的制造工艺！

价值高昂的“材料黑黄金”

所谓碳纤维，顾名思义，碳元素肯定是构成材料的主要元素。 碳纤维中的碳含量非常高，基本在90%到95%以上。 虽然这个数值说起来容易，但是想要将一根纤维的骨架做到90%以上都是碳。则需要非常复杂的工艺！

众所周知， 碳元素有一种极为著名的存在状态叫做石墨烯 。他是一种由单层碳原子组成平片网状结构，也是目前人类已知的材料强度*高的物质。而碳纤维在结构上就像把二维状态的石墨烯，通过折叠、挤压、卷曲的方式，制成三维的石墨晶体材料。

并且除了单纯的碳元素以外，为了获得更好的物理特性，碳纤维中还包含有5%-10%左右的其他元素。需要通过高温碳化，惰性气体脱水等处理方式和原有的含碳纤维进行结合，才能得到最初的碳纤维成品。

而这样的碳纤维成品， 其直径只有5到10微米，仅相当于头发的十分之一 ，其工艺精度可见一斑。值得一提的是，碳纤维与其他材料不同，成品碳丝越细，它的缺陷则越少，强度才更大。 因此碳纤维的制造技术，是直接和一个国家的工业水平挂钩的！

最重要的是，这样的碳纤维碳丝还只是碳纤维产品链的起点。如果想要将其制造成可以使用的工业材料， 还需要进行编织、叠加、粘合、固化等一系列工业流程 ，才能呈现目前我们所看到的碳纤维产品。而在这个过程中， 则需要涉及化工、纺织、材料、精密器械等众多产业的加持。

也正因为有着如此高的制造难度，碳纤维材料的价值极为高昂。甚至一度只被应用于航天、军工等特殊领域。 直到几十年后工艺逐渐成熟，才逐渐流入商业市场。 但工艺成熟也只是相对而言，并不能抵消碳纤维昂贵的价值。

以2018年的航空碳纤维为例，平均每公斤碳纤维材料的价格高达1000元。并且在制作过程中，还有三成多会直接报废。实际算下来，每公斤成本接近1500美元。至于成品的碳纤维复合材料制品，其每公斤价格更是高达1-2万。而相比之下，同等级的铝合金价格却只有40-60元左右，成本差价高达十多倍。 也正是因为如此昂贵的价格，碳纤维也在材料界有着“黑黄金”的称号！

美日联手 垄断全球

不过有意思的是，就在世界上其他国家求碳纤维而不得的时候。有些国家却已经开始把碳纤维材料玩出了花！ 早在20世纪末，美国的全球鹰无人侦察机其碳纤维复合材料占比，就已经高达到65%。 另外像X-47B、“神经元”、“雷神”等几个型号的无人机，碳纤维复合材料的使用比例甚至高达九成，堪称“全碳战机”。而除了美国以外，日本在碳纤维领域的应用则更加清奇。早在上世纪70年代，就开始尝试将碳纤维应用到高尔夫球杆、网球拍、鱼竿等生活领域。将这一高端材料，首次带入到商业市场。

当然，美国和日本之所以这样做也有着自己的底气。首先美国作为碳纤维领域的先驱，早在 上世纪50年代初，就开始把新材料的研发重点放在碳纤维上，成为了世界上靠前个量产高端碳纤维的国家。 而在之后的几十年里，更是将碳纤维的制取工艺不断推进。

而日本在看到碳纤维的前景之后，也紧随美国的脚步。不仅实现了通用级聚丙烯腈基碳纤维的生产，攻克了美国都未曾解决的难题。甚至还将此技术进一步推进，实现了高性能聚丙烯腈基碳纤维的量产。 而在之后的几年里，美国和日本还达成了合作协议，互补了自己的碳纤维产业。

就这样在强强联合下，美国和日本一度垄断了全球70%以上的碳纤维产能，在高端碳纤维领域更是真正的只手遮天。 真正意义上，实现了全球碳纤维垄断！ 并且凭借着多年来在碳纤维领域建立的产业优势，美日两国还严格把控碳纤维的市场流向。甚至将高端碳纤维划分为了国家管制材料，用以打压限制某些国家！ 例如文章开头，我说的那个故事，就是当时美日把控碳纤维市场的一个缩影！

中国碳纤维 夺回话语权

事实上，中国的碳纤维产业起步并不晚，早在上世纪60年代就开始了针对碳纤维技术的研究。甚至成立了专门的研究院。到了80年代，甚至中国已经有了大大小小几十家碳纤维企业。 但遗憾的是，由于外国的刻意封锁，以及工业化程度的局限，中国的碳纤维产业一直只能在低端市场中徘徊。

直到进入21世纪以后，伴随着中国工业化水平的迅速提升，中国的碳纤维产业才进入了高速发展期。尤其是近五年，中国碳纤维产业更是进入了高速赛道！ 2017年，我国率先突破了T800碳纤维的制作工艺，成功打破了美日两国在中高端碳纤维上的垄断。

紧接着2018年，我们又集中全国10余所高校、科研院所、企业共同攻关，成功实现了从12K小丝束到48K大丝束的历史性突破。之后2019年初， 中科院山西煤炭化学研究所，又实现了干喷湿纺制备T-1000级超强碳纤维的核心技术突破，并且在国内首次开发出聚丙烯腈基新型中空碳纤维。

而在这些技术的加持下， 2021年9月8日，中国首条具有自主知识产权的，千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线正式在青海西宁投产。 这是目前中国最大的碳纤维生产基地，单线年产就超过3000吨，总年产更是达到了万吨级！ 自此，中国才真正啃下了这款材料界的黑黄金，实现了碳纤维自由。

现如今，中国的碳纤维理论产能，在全球已经排名第二 ，其碳纤维技术也稳居前三，成为了真正的“碳纤维产业第三级”。不过这些成就，还不足以让我们停止脚步。虽然我们已经摆脱了被卡脖子的局面，但是面对真正的高端碳纤维市场仍有距离。 像美国和日本，现如今已经造出了更为先进的T1200碳纤维，因此我国的碳纤维产业仍要继续追赶。

而且未来，伴随着国产大飞机的投产、中国载人航天的常态化运行、风力发电氢能储存等新能源产业的崛起以及国产汽车产业的进一步扩大。中国的碳纤维市场，必然在很长一段时间内，都处于嗷嗷待哺的阶段。 为了不将如此庞大的市场拱手让人，中国必须将碳纤维产业进一步升级。成为真正的碳纤维大国，碳纤维强国！

以上就是碳纤维制品有哪些？的详细内容，希望通过阅读小编的文章之后能够有所收获！