碳纖維是由含碳量高、熱處理不熔融的人造纖維，經過熱穩定氧化處理、碳化處理以及石墨化等工藝制成的特種纖維。其力學性能優異，與一般碳素材料不同的是，碳纖維具有很強的各向異性，在沿纖維軸的方向有著很高的強度。碳纖維一般不作為材料單獨使用，會與樹脂、金屬、陶瓷等基質復合，制成碳纖維增強復合材料。考慮到成本控制和工藝問題，目前應用較多的是碳纖維增強樹脂基復合材料，能夠滿足對密度、剛度、重量、疲勞特性等要求嚴格的領域需求。

 

　　一、碳纖維材料的主要優勢有哪些？

 

　　碳纖維是一種比金屬和玻璃纖維強度更高、更堅硬的材料，因此可以用來制造更輕的產品。由于碳纖維是一種各向異性材料，因此在產品設計中也具有更大的靈活性，即：產品設計的自由度很高。除了優異的機械性能外，碳纖維還具有優異的耐化學性和耐腐蝕性，以及導電性、高導熱性和低熱膨脹。

 

　　使用時，碳纖維有哪些產品形式？

 

　　碳纖維可以連續纖維的形式使用，但有時也可以其他形式使用。例如，它可以短切用于短碳纖維，編織用作織物，或用樹脂浸漬等。

 

　　二、什么是碳纖維復合材料？

 

　　碳纖維很少單獨使用，通常與其他基體材料混合使用。與碳纖維結合的最常見基體材料是熱固性樹脂，而復合材料最常用的熱固性樹脂是環氧樹脂，它可以與高性能碳纖維相容。此外，其他種類的熱固性樹脂和熱塑性樹脂的使用也在增加。除了樹脂，還有使用金屬、碳、橡膠、水泥和其他材料作為基材的復合材料。

 

　　三、碳纖維復合材料如何實現減碳？

 

　　通過使用碳纖維復合材料來替代傳統材料，可以顯著減輕飛機、汽車和其他交通工具的重量。由于較低的重量而產生的較高燃料效率會有效降低CO2排放量，而且該CO2排放量降幅要遠大于碳纖維生產過程中所排放的CO2量。此外，碳纖維復合材料也有助于風電葉片的大型化，從而實現更高的風力輸出。

 

　　四、碳纖維復合材料的用途有哪些？

 

　　1.航空領域

 

　　航天飛行器每減少1kg的重量，運載火箭可以減少500kg，碳纖維復合材料比重小、剛性好、強度高，所以在航天飛行器中很受歡迎。某垂直起落戰斗機，碳纖維復合材料的使用量占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據悉，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導 彈發射管等，都是用碳纖維復合材料制成的。

 

　　2.汽車領域

 

　　碳纖維復合材料用于汽車領域多數是代替鋼材，可減質量40%以上，從而節省燃油降低使用成本。據知汽車結構每減質量10%,可節省燃油7%。F1(世界一級方程錦標賽)賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料。家用汽車應用復合材料目前也逐漸形成一種趨勢，在當前能源緊張、燃油漲價的形勢下，尤其是隨著電動汽車的風行，必將形成復合材料潛在的應用大戶。

 

　　3.風力發電領域

 

　　風力是清潔環保可再生的能源，當前風力發電是能源領域增長最快的，世界上大約以25%的年速率遞增。由于單機發電容量越來越大，槳葉葉片越來越長，質量越來越大，強度和剛度的要求越來越高，于是研究人員開始將目光投向碳纖維復合材料。目前的槳葉多用混雜復合材料，以碳纖與玻纖混雜為主，既使受力合理又節省碳纖維用量，從而實現成本控制。

 

　　4.醫療領域

 

　　碳纖維復合材料有著高達98%以上的透光性，可以作為X光機、CT機、乳腺機等放射醫療器械的部件材料。隨著假肢技術的不斷發展，碳纖維復合材料還可用于假腳、踝關節、膝關節、接受控等部位的制作，能夠讓使用者更舒適、更省力。

 

　　除上述的幾個領域，碳纖維復合材料還應用于電子、高速列車、工程建筑、家具、油氣田等領域，可以毫不夸張地說，碳纖維復合材料幾乎是“無所不能”了。當然了，更多地應用領域還需我們不斷地探索開發。

 

　　五、碳纖維在使用過程中應該注意什么？

 

　　由于單根碳纖維非常細，因此在使用過程中很容易發生斷裂、形成斷絲。漂浮在空氣中的碳纖維斷絲會對人體健康和設備產生不利影響。因此，一般需要小心處理碳纖維材料，并在處理時使用局部排氣通風。此外，在處理碳纖維時，一定要將其與一般廢物分開，并將其作為工業廢物進行處理。

 

　　六、碳纖維對人體和設備有哪些影響？

 

　　由于碳纖維具有一定的導電性，漂浮在空氣中的碳纖維斷絲如果進入設備，可能會導致其短路。因此，須保護電氣系統，防止碳纖維進入。由于碳纖維具有剛性的，且直徑較細，如果它們粘附在皮膚和粘膜上，會引起瘙癢或疼痛。因此，要盡可能減少碳纖維工作環境中皮膚和粘膜的外露，如果碳纖維粘附在皮膚上，用水沖洗而不要搓洗。

 

　　七、碳纖維預浸料如何保存？

 

　　由于預浸料通常是由熱固性樹脂制成的，所以在一定溫度下會發生固化。因此，除非在交付后立即使用，否則應將其儲存在-18ºC或更低的溫度下。如果將其冷凍儲存在冰箱中，建議使用包裝膜進行密封處理并水平放置。

 

　　八、、碳纖維有什么缺點？

 

　　碳纖維是一種輕質高強度材料，被廣泛應用于航空、汽車、體育器材等領域。然而，碳纖維也有致命弱點。 首先，碳纖維容易受到沖擊和壓縮而產生微裂紋，這種微裂紋會逐漸擴大并最終導致材料失效。這是由于碳纖維的強度和剛度是各向同性的，而不是各向異性的。因此，在設計碳纖維材料時，需要考慮到受力方向的影響，以避免微裂紋的產生。 其次，碳纖維難以修復。一旦碳纖維材料出現損壞，很難進行修復。這是因為碳纖維的結構非常復雜，由數以千計的纖維束組成，這些纖維束又由數以百萬計的碳纖維單根組成。因此，即使是微小的損壞，也會導致整個材料的失效。此外，由于碳纖維的表面光滑，難以進行粘接和修補。 綜上所述，碳纖維雖然具有輕質高強的優點，但也存在著微裂紋易產生和難以修復的弱點。在使用碳纖維材料時，需要注意材料的受力方向和避免損壞的發生。

 

　　碳纖維的脆弱易碎是由其結構特性所決定的。碳纖維的分子結構呈現出纖維狀，這種結構決定了碳纖維的強度和剛度都非常高，但同時也導致其脆性較大。一旦碳纖維遭受到一定程度的沖擊或彎曲，就很容易發生裂紋和斷裂。 碳纖維易磨損也是其另一個致命弱點。雖然碳纖維的強度和剛度都非常高，但是由于其表面光滑，容易產生微小的摩擦，導致磨損加劇。特別是在高速運動的情況下，碳纖維的磨損會更加嚴重，這也是碳纖維在運動器材領域中使用壽命較短的原因之一。

 

　　碳纖維的強度會受到環境因素的影響。在高溫、高濕、紫外線等環境下，碳纖維的強度會受到削弱，從而影響其使用壽命和安全性能。這也是為什么在航空和汽車領域，碳纖維的使用需要經過嚴格的檢測和評估。 碳纖維的價格昂貴。相比于傳統的金屬材料，碳纖維的生產成本更高，因此其價格也更貴。這也是為什么在一些領域，如普通民用汽車和建筑領域，碳纖維的應用還不夠普及的原因之一。

 

　　由于碳纖維的生產過程中需要耗費大量的能源和原材料，同時碳纖維的回收利用也存在技術難題，因此碳纖維的生產和使用對環境造成了很大的影響。為了減少碳纖維對環境的影響，需要加強碳纖維回收利用技術的研究，提高碳纖維的再利用率，從而降低碳纖維的生產成本和環境污染。