1. 應用現狀
碳（tàn）纖維很少直接應用，大多是經過深（shēn）加工製成中間產物或複合材料使（shǐ）用，碳纖維（wéi）複合材料作為結構件（jiàn）或功能件現已廣泛應用在航空航天、工業和體育休閑用（yòng）品三大領域。
碳纖維以其質輕、高強度、高模量（liàng）、耐（nài）高低溫和耐腐蝕等特點最早應用於航天（tiān）及國防領域，如大型飛（fēi）機、軍用飛機、無（wú）人機及導彈、火（huǒ）箭、人造衛星和雷達罩等，且航空航天領域用碳纖維的性能等級相（xiàng）對而言（yán）是最高的。
在工業領域（yù），碳纖維廣泛應用在汽車、電纜、風（fēng）能發電、壓力（lì）容器、海洋產業、電子器（qì）件（jiàn）、工業（yè）器材和土木建築等。
在體育休閑用品領域，高爾夫球杆和釣魚竿最早獲（huò）得應（yīng）用（yòng），近（jìn）年來，自行車、網球拍、羽毛（máo）球拍（pāi）等體育用品也越來越多的使用碳纖（xiān）維材料，一般使用T300級（jí）碳纖（xiān）維就可以滿足需（xū）求，但為了提升產品性（xìng）能，部（bù）分部件也已開始使用T700級甚至更高性（xìng）能碳纖維（wéi）。
從國（guó）際（jì）市場來看，2014年全球（qiú）碳纖維需求量約5.4萬（wàn）噸，2015年達7.4萬（wàn）噸，2016年8.3萬（wàn）噸。近8年，碳纖維需求量的複合增（zēng）長率達8.9%，未來年均增長率（lǜ）將超過10%，2020年需求量將超過13萬噸。
2015年，碳纖維的主要（yào）的下遊（yóu）應用是航空航天1.78萬噸/24%、汽車1.11噸/15%、風電葉片1.63萬噸/22%、體育休閑0.89萬（wàn）噸/12%，合計5.4萬噸，占比73%。未（wèi）來隨著碳纖（xiān）維複合材（cái）料成型技（jì）術的不斷（duàn）發展，下遊應用領域的不斷（duàn）開拓，尤其是航空、汽車、風電葉片（piàn）的強勁增長以（yǐ）及其帶動作用，
2. 航空航天（tiān）領域
碳纖維複合材料得（dé）以在航空（kōng）航天工業中大規模應用，不僅因為它能夠實現減輕飛行器（qì）重量、節約能源、增強巡航能力的目（mù）標，還要歸功於它擁有較高的強度和耐腐（fǔ）蝕、抗疲勞等理化特性。
2015年航空（kōng）航天領域對碳纖維的（de）需（xū）求量（liàng）達到1.78萬噸，其中僅商用飛機的需（xū）求即占68%的比例，是目前航空工（gōng）業（yè）中對碳纖維（wéi）需求最大的市場。結（jié）合全球碳纖維發展情況和航空航（háng）天領域對碳纖維的需求情況，2020年需求量可能（néng）達到2.7萬噸。軍用飛機和商用飛機的需求在2011年為7,010噸，到2015年增長至14,100噸，年（nián）均複合增長率為（wéi）16.9%，預（yù）計（jì）到2020年需求量將增至19,600噸，年均複合增長率為8.4%。
航空航（háng）天領域對碳纖維的需求主要來自兩大方麵，一是不斷增加的碳纖維複合材料的應用比例，二是新增的飛機訂單，預計2020年，航空航天對碳纖維的（de）需求將達到（dào）2.7萬噸。
民用航空（kōng）方麵，碳纖維（wéi）複合（hé）材料自20世紀（jì）70年代首次被應用在飛機上的一些二（èr）級結構（gòu），如整流罩、控製儀表盤和機艙門;近三十年來，碳纖維複合材料的使用逐（zhú）步進入到機翼、機身等受力大、尺寸大的主承力結構中。
目前世界兩個最大的客機——波音和空客，均采用碳纖（xiān）維結構，平均可實現重（chóng）量降低20%、燃油成本（běn）降低20%。其中，以波音787和空客A350最為搶眼，波音787全機身55%的重量使用碳纖維增強複合材料CFRP。空客A350全機身（shēn）53%的重量使用碳纖維增強（qiáng）複合材料CFRP。
軍用航空方麵，碳（tàn）纖維複合材料得到了國內外（wài）的充分重視。目前複（fù）合材料已經應（yīng）用在戰績機身（shēn）、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙（méng）皮等部（bù）位，起到了明顯減重作（zuò）用。根據中國材料研究學會的數（shù）據（jù）顯示，采用複（fù）合材料的前（qián）機身段，可比金屬結構（gòu）減輕質量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%。例如，美國不斷在先進戰機中提升碳纖維複合材料的使用比例（lì），從F-15E的2%，F-18E的19%，到第（dì）四代（dài）戰鬥機F-22中（zhōng）使用（yòng）24%的碳纖維複合（hé）材料。
此（cǐ）外，近（jìn）年來無人（rén）機(UAV)包括無人作戰機(UCAV)發展迅速，由於低成本、輕（qīng）結構（gòu）、高機動、大過載（zǎi）、高隱身（shēn）、長航程的技術特點，決定了其對減重的迫切需求，複合材料的使用比例基本（běn）是所（suǒ）有航空器中最高的（de），美國全球鷹(GlobalHawk)高空長航時（shí）無人偵察機共用複合材料達65%，先進無人機複合材料的用量更是（shì）不斷提升，X-45C、X-47B、“神經元”、“雷神”上都運用了90%的複合材料。近年來無（wú）人機除廣（guǎng）泛（fàn）用於軍事用（yòng）途外（wài），在災情巡邏、環境監控、大地測量空（kōng）中攝影及氣象觀察等民用領域的用途越來越廣，隨著這些（xiē）飛機逐（zhú）漸形成批量生產，複合材料在無人機上的用量會繼（jì）續增加。
在航天領域，碳纖維（wéi）複合材料不僅符合航天技術對結構材（cái）料減輕質（zhì）量（liàng）的（de）要求，還符合對結構材料具有高比模量和高比強度（dù）的要求（qiú），具有性能和功能的可設計性，被大量應用（yòng）。此外，航天飛行（háng）器的重量每減少1公斤，就可使運（yùn）載火箭減輕500公斤，因此，在航空（kōng）航天工業中普遍采用先（xiān）進的碳纖維複合材料（liào）。美國、歐洲的衛（wèi）星結構質量不到總重量的10%，原因就在於（yú）廣泛使（shǐ）用了高性能複合材料。目前（qián）衛星的微波通信係統、能源係統（tǒng）和各種支撐結構（gòu）件等已經（jīng）基本做到了複合材料化。在運（yùn）載火箭和戰略導彈（dàn）方麵，碳纖維複合（hé）材料以其優異的性能得到了較好的應用與（yǔ）發展，先後成功用於“飛馬座”、“德爾塔”運載火箭、“三叉戟”Ⅱ(D5)、“侏儒”導彈等型號;美國的戰略導彈MX洲際導彈，俄羅斯戰略導彈“白楊”M導彈均采用先進複（fù）合材料發（fā）射（shè）筒。
3. 汽車領域
隨著排放標準趨嚴及（jí）低碳生活被人們普遍接（jiē）受，節能減排已成為汽車工業的重要（yào）研（yán）究課（kè）題，在能源革新有限的情（qíng）況下，輕量化是解決問題的關鍵之一。
2015年全球汽車總（zǒng）銷量為8,910萬輛，相比2014年的8,717萬輛增（zēng）幅（fú）為（wéi）2.2%，預計2020年產能將達（dá）到1億輛。2015年全球碳纖維汽車市場需求量達到了1萬多噸，預計到2020年將超過2萬噸，未（wèi）來五年年均增速高達（dá）21%，將成為增長最快和需（xū）求最大的領域之一。
1) 超跑——最先引入碳纖（xiān）維
汽（qì）車行業引入碳纖維複合材料（liào）的原因主要是相比傳統鋼（gāng）材和鋁材，碳纖維的剛度更強，但重量（liàng）更輕。但碳纖維材料因為高成本、生產周期長，以及供應鏈不（bú）穩定等，汽車行業最先是在低產量（liàng）、價格昂貴的超級（jí）跑車上使用。
1981年麥克拉倫公司最（zuì）先在其F1賽車MP4/1上使用了一體式碳纖維車架。2000年後（hòu）法拉利（lì）、蘭博基尼等超級跑（pǎo）車製（zhì）造商（shāng）也開始在使用碳纖維複合材料造車。其他汽車廠商使用碳纖維材料也大多是在部分車身配件和內飾上使用（yòng），其目的更多是為了減輕重量（liàng）、突出高端運動車性（xìng）能。
2) 減重——碳纖維需求增長驅（qū）動力
政府製定嚴格的車（chē）輛燃料經濟性（xìng）標準和（hé）二氧化碳排放法規，是（shì）汽車選擇碳纖維複合材料的重要推手（shǒu）。車身整體重量的減輕（qīng）是非常有效的控製尾氣排放的手段。汽車重量每降低100公斤，排放量可下降20g/km，普通車需減重245kg才能達到要求的排放標準，電動車需減（jiǎn）重50%以上。在所有輕量化材料中，碳纖維複合材料是唯一能將鋼（gāng）質零（líng）部件減重（chóng）50~60%，並保持同等強度的先進材料。
各國近幾年均發布了二氧（yǎng）化碳的排放標準。美國於2010年4月和2012年8月分（fèn）別發布了針對2012-2016(第一（yī）階段)和2017-2025(第（dì）二（èr）階段)的輕型汽車燃料經濟性及溫（wēn）室氣（qì）體排放規定，要求2025年美國輕型汽車的平均燃料經濟性達到54.5mpg。《輕型汽車汙染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》(簡稱“國六標準”)於2016年12月23日正式發布（bù），將從2020年起正（zhèng）式實施。標準（zhǔn）要求，我國2015年CO2排放為155g/km，2020年需降至（zhì）112g/km;2015年平（píng）均油耗為6.9L/(100km)，2020年需減至5.0L/(100km)。
3) 規模化、產業一體化整合——寶馬引入碳纖維結構（gòu）件
目前（qián），世界各主要汽車廠（chǎng）商，包（bāo）括寶馬、奔（bēn）馳、奧（ào）迪、通用、福（fú）特等，都紛紛（fēn）布局碳纖（xiān）維產業（yè），並逐步推出導入碳纖（xiān）維技術的車型。其中，以寶（bǎo）馬公司最為突出。德國寶馬公司積極購入（rù）上遊（yóu）碳（tàn）纖維工廠股份，與西格裏(SGL)成（chéng）立碳纖維合資（zī）公（gōng）司，聯合開發碳纖維增強複合材料，將碳（tàn）纖維科技大量運用在寶（bǎo）馬量產車款上，不僅保證了（le）供應商的穩定，縮短生產周（zhōu）期，同時（shí）也將成本降低了30%。
截至2015年，寶馬集團（tuán）車用碳纖維的年產能達到9000噸。寶馬汽車在中遊（yóu）三十（shí）多種零部件使用了碳纖維複合材料，其（qí）中隔音板、前端支架和座椅結構占比最高。
2014年寶馬i3全碳（tàn）纖維車（chē）身電動（dòng）車量產，成為第一個大批量使用碳（tàn）纖維作為車身材料的（de）整（zhěng）車廠商（shāng）。寶馬i3整車重量僅為1195公斤，相比傳統電動車減輕250-350公（gōng）斤，同時具備最高性能的碰撞安全保護，電池容量僅20kwh，續航裏程達160公裏，比傳統（tǒng）電動車續航裏（lǐ）程（chéng）提高52%。此外，寶馬i8將碳纖維（wéi）應用到（dào）車身和內飾中，使車身總重控製在1,540公斤。2015年7月1日，全新第（dì）六代BMW7係汽車在丁格芬工廠正式投產，這是寶馬核心產品中第一款（kuǎn）實現將工業製造的碳纖維材料、高強度（dù）鋼（gāng）材和鋁（lǚ）材完美組合應用到車（chē）身的車型。
4) 總結—碳纖維應用在汽車領域
1) 輕（qīng）量化。碳纖維（wéi）應用於汽車後，給汽車製造（zào）帶來最明顯的好（hǎo）處就是汽車輕量（liàng）化，最直接（jiē）影響的就是節能、加速、製動性能的提升。一般而言，車重減小10%，油耗（hào）降低6%～8%，排放降低5～6%,0-100km/h加速性（xìng）提（tí）升8-10%，製動（dòng）距離（lí）縮短2～7m。
2) 安全性。車身輕量化可以使整車的重（chóng）心下移，提升了汽車（chē）操縱穩定性（xìng），車輛的運行將更加安全、穩定。碳纖維（wéi）複合材料具有極佳的能量（liàng）吸收率，碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進一步保證了汽車的安全性。
3) 可靠性。碳纖維複合材（cái）料具有更高的疲勞強（qiáng）度，鋼（gāng）和鋁的疲勞強度（dù）是（shì）抗拉強度的30-50%，而碳纖維複合材料可達70-80%，因此汽車上應用碳纖維複合材料對於材料疲勞可靠性有較大提升（shēng）。
4) 減少研發周期。由於碳纖維複合（hé）材料可設計性比金屬強，因（yīn）此更（gèng）易於車身開發的平台（tái）化、模（mó）塊化、集（jí）成化。這樣碳纖維車身及金屬（shǔ）平台的混合車身結構對於傳統汽車車身結構而言（yán），可以做到模塊化、集成化，大大減少零件（jiàn）種類，減少工裝投入，縮短開發周（zhōu）期。
4. 風電葉片領（lǐng）域
風力作為清潔能（néng）源的代表之一，先（xiān）於光伏發電受到全球各國的（de）青睞。自20世紀80年代商業化發展以來，經曆了全球化的（de）高速增長。截至2015年（nián）底，全球累（lèi）計（jì）裝機容量達到432.42GW，累計（jì）年增長率17%，根據GWEC的預測，全球風電累計（jì）裝機容量將從（cóng）2014年的369.6GW增加至2019年的（de）666.1GW，複合增速高達12.5%。風電未來的發（fā）展方向，除了向新興地區，如拉美、非洲等地開拓市場（chǎng）之外，低速風機和海上風機將逐漸成（chéng）為行業熱點。
2015年碳纖維在風能上的應用為16300噸，預計2020年達到30000噸，年均複合增長率為8.1%。
風力發電是世界可再生能源增長最快（kuài）的領域，風力發（fā）電（diàn）葉片被普遍認為是高（gāo）性能碳（tàn）纖維最重要（yào）的增長市場，特（tè）別是製造超大型風電機組（zǔ）所需（xū）葉片(2.5MW風電（diàn）機組葉（yè）片長度達到40m，5MW的風電機組的葉片長度在60m以上)，必須使用輕而強、剛而硬（yìng）的高性能碳纖維複合材料（liào），保證結構強（qiáng）度的同（tóng）時避免葉片在風載（zǎi）作用下發生大變形甚（shèn）至撞擊風車支柱。
出於經濟性考慮，當前主流的葉片為（wéi）玻璃鋼材質(GFRP)。風電機（jī）組的大（dà）型（xíng）化和海上化都將（jiāng）極大地（dì）拉動對碳纖維葉片的需求增長。海上化的風力（lì）發電在要求葉片長度增加的同時，還要求葉片具有良好的抗腐蝕性與抗疲勞性，這些都是碳纖（xiān）維葉片的獨特優勢。由此觀之，高（gāo）速擴（kuò）張的大型風機市場將為（wéi）碳纖維（wéi）風（fēng）力（lì）葉片（piàn）的發展提供廣闊的增（zēng）長空間（jiān）。根據測算（suàn），40米以上的風電葉片中關鍵結構如梁帽、主（zhǔ）梁使用（yòng）碳纖維複（fù）合材料一方麵可使葉片自（zì）重減少38%，成本降低14%;另一（yī）方麵（miàn）提高葉片抗疲勞（láo）性能，提高（gāo）輸出功率，以碳纖維為材質（zhì）可更容（róng）易生產出（chū）大直徑和自適應的風電葉片。
5. 體育休閑領域
2015年年底，全球體育休閑市場碳（tàn）纖維的用量為0.89萬噸，約占總需求的12%，預計到2020年將到達1.7萬噸，到2024年將（jiāng）超過1.9萬噸，年均複合增長率為2.3%，整體（tǐ）來看（kàn）產業規（guī）模（mó）較為穩定（dìng），市場趨於飽和，暫時不（bú）會具有拉動碳纖維產業規模爆發式增長的動力。
碳纖維在體育休閑市場中，主要使用在高爾（ěr）夫球杆、曲棍（gùn）球棍、網球拍、釣（diào）魚竿、自行車架、滑雪板（bǎn）、賽艇等高端（duān）休閑體育市場。
6. 壓力容器領域
采用碳纖維複合（hé）材料纏繞而成的氣瓶，有質量（liàng）輕、承載能力強、抗爆性能（néng）好（hǎo）、製造成本低（dī）等優（yōu）點。目前，大多數常用的壓力容器為鋼製，在力學性能（néng）方麵有較大局限性;對於高壓（yā）容器來說，隻能靠增（zēng）加壁厚來提高承載性能。而新型（xíng）碳纖維複合材料壓力容器，采用很薄的金屬或非金屬（shǔ）內膽，采用比（bǐ）強度較高的碳（tàn）纖維纏繞而成，在提高壓力（lì）氣瓶承（chéng）載能力的（de）同時，重量可比同容積的金屬氣瓶減輕50%。在安全性能上，由多層纖維纏繞而成的壓力氣（qì）瓶即使在（zài）內膽出（chū）現泄露的情況下，纖維（wéi）層仍可保證氣瓶的安全運行，有足夠的時間（jiān）進行應急處理。在（zài）製作程序上，相對鋼製容器的複雜工藝，碳纖維氣瓶（píng）製造工藝要（yào）簡單（dān）得多（duō），通常采（cǎi）用專用數（shù）控纏繞機在鋁內（nèi）膽外（wài）層纏繞碳纖維，精度很高（gāo），節約成本。
碳纖維纏（chán）繞氣瓶的應用主要包括車用壓縮天（tiān）然氣氣瓶、航空航天動力係統用輕量化壓力容器和氣體運輸用高壓容器。近年來，市場對壓力容器需求量的增長愈發樂觀。原因之一是燃料電池的低成本突破，如豐田公司燃料電池車MIRAI的（de）量產，會（huì）帶（dài）來對高壓氫氣瓶的強勁需求。其二是歐美（měi）興起的頁岩氣收集產業，頁岩氣的運輸、貯藏都需要安全、穩定、經濟的高壓氣瓶，由（yóu）此對碳纖維壓力容器（qì）的需求產生推（tuī）動作用。盡管目前壓力容器的市場不大，但卻有著較大的增長空間（jiān）。
資（zī）料來源：中塑（sù）在線

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