中国粉体网讯 碳纤维是由有机母体纤维（粘胶丝、聚丙烯腈或沥青等）采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的，具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，是一种力学性能优异的材料。其主要用途是与树脂、金属、陶瓷、水泥等基体复合，做成结构材料。
目前，有粘胶基、沥青基和聚丙烯腈(PAN)基三种原料体系的碳纤维，粘胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量有限，PAN基碳纤维由于生产工艺较简单，产品力学和高温性能优异，而且兼有良好的结构和功能特性，发展较快，已成为高性能碳纤维发展和应用最主要和占绝对优势的品种，是当前碳纤维的主流，其产量占90%左右。碳纤维性能优良，强度是钢的20倍，拉伸模量上是钢的2～3倍，比重仅为钢的1/4，抗拉强度是钢的7.9倍；碳纤维杨氏模量约为传统玻璃纤维的3倍，凯芙拉纤维(KF-49)的2倍；同时，碳纤维在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纤维复合材料用于航空领域
碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。飞机等航天设备自身重量减轻后，可以减少飞机运行期间产生的油耗。而且由于碳纤维拥有非常稳定的化学性质，可以对飞机外部机构起到保护作用。
除上述优点以外，碳纤维材料还拥有非常优异的承载力，这种能力是钢材料的数倍以上。这一点是其他材料难以企及的。而且众所周知飞机在起飞时，需要有较大的初始速度以满足飞机克服重力顺利起飞，只有初始速度达到一定速度后才能够顺利起飞。飞机在行驶期间由于超高速度与空气形成对流所以也会承受空气与机体摩擦带来的大量热，因此对飞机外层材料经受高温的弹性要求极高。
碳纤维复合材料用于航天领域
以高性能碳(石墨)纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料，在导弹、运载火箭和卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。其应用水平和规模已关系到武器装备的跨越式提升和型号研制的成败。
碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上，碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料，在美国侏儒、民兵、三叉戟等战略导弹上均已成熟应用，美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料，如美国三叉戟-2导弹、战斧式巡航导弹、大力神一4火箭、法国的阿里安一2火箭改型、日本的M-5火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的抗拉强度为5.3GPa的IM-7碳纤维，性能最高的是东丽T-800纤维，抗拉强度5.65Gpa、杨氏模量300GPa。
碳纤维复合材料需求情况
2018年全球碳纤维分领域需求量占比统计情况
数据来源：前瞻产业研究院
航空航天领域是世界碳纤维的传统市场，碳纤维复合材料的生产和研究直接关系到我国高新技术产业尤其是航天航空产业能否占领世界的科技技术前沿。2011年以来，全球航空航天领域对于碳纤维的需求量不断增长；预计到2023年，全球航空航天领域对碳纤维的需求量有望超过3万吨，航空航天碳纤维应用前景广阔。但是现在市场迫切需要的是高性能高质量的碳纤维复合材料，因此国家的大力扶持起着相当重要的作用，不仅仅是要在资金上给予帮助，更要创造良好的环境来促进发展。在政策上给予支持，在资金上给予帮助，培育一批具有超强竞争力的技术型企业，生产出具有核心竞争力的产品，只有这样我国的碳纤维复合材料才能在国际上占有重要地位，才能在日后的国际竞争中处于优势地位。
参考来源：
顾超英.碳纤维复合材料在航空航天领域的开发与应用
刘永强.解析航空航天领域碳纤维复合材料的实践应用
林德春.碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
（中国粉体网编辑整理/墨玉）
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