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碳纖維的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀

 前言
    1959年，日本人Shindo A先發(fā)明了用聚丙烯臘(PAN)纖維制造碳纖維，如今碳纖維已發(fā)展成為獨(dú)立完整的新型工業(yè)體系，并被喻為是當(dāng)今上材料綜合性能的頂峰，是21世紀(jì)的黑色革命。美國提出21世紀(jì)革命性的材料技術(shù)共有12項(xiàng)，其中“新一代碳纖維、納米碳管”位居第四。
    碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，分子結(jié)構(gòu)界于石墨與金剛石之間，含碳體積分?jǐn)?shù)隨種類不同而異，一般在0.9以上。碳纖維的顯著優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、纖度好和抗拉強(qiáng)度高，同時(shí)具有一般碳材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小等。由于碳纖維這些優(yōu)異的綜合性能，使其與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合后形成的碳纖維復(fù)合材料，也具有高的比強(qiáng)度、比模量、耐疲勞、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等一系列優(yōu)良性質(zhì)，在現(xiàn)代工業(yè)方面應(yīng)用非常廣泛。
1 碳纖維的分類與性能
1 ．1碳纖維的分類
    (1)按力學(xué)性能可分為4類   
    ①超高模量（UHM）碳纖維；
    ②高模量（HM)碳纖維；
    ③超高強(qiáng)度（UHS)碳纖維；
    ④高強(qiáng)度（HS）碳纖維。
    (2)按原材料可分為3類
    PAN碳纖維、瀝青碳纖維和人造絲碳纖維。均由原料纖維高溫碳化成，成分基本都是碳元素，其主要性能見表1,目前結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中大多數(shù)使用PAN碳纖維。
    (3)按用途可分為2類
    24K以下為宇航級小絲束碳纖維(1K為1000根單絲）；48K以上為工業(yè)級大絲束碳纖維。
1.2碳纖維的主要性能
    ①強(qiáng)度高。其抗拉強(qiáng)度在3500MPa以上．
    ②模量高。其彈性模量在230GPa以上。
    ③密度小，比強(qiáng)度高。碳纖維的密度是鋼的1/4,是鋁合金的1/2，其比強(qiáng)度比鋼大16倍，比鋁合金大12倍。
    ④能耐超高溫。在非氧化氣氛條件下，碳纖維可在2000℃時(shí)使用，在3000℃的高溫下不融熔軟化。
    ⑤耐低溫性能好。在180℃低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊很柔軟．
    ⑥耐酸性能好。能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介質(zhì)侵蝕。將碳纖維放在濃度為50％的鹽酸、硫酸和磷酸中，200d后其彈性模量、強(qiáng)度和直徑基本沒有變化：在50％濃度的硝酸中只是稍有膨脹，其耐腐蝕性能超過黃金和鉑金。此外，碳纖維的耐油、耐腐蝕性能也很好。
    ⑦熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)大。可以耐急冷急熱，即使從3000℃的高溫突然降到室溫也不
會(huì)炸裂。
    ＠防原子輻射，能使中子減速。
    ⑨導(dǎo)電性能好(5-17μΩm）。
    ⑩軸向抗剪切模量較低，斷裂延伸率小，耐沖擊差，并且后加工較為困難。
2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
2.1國外發(fā)展?fàn)顩r
   目前，碳纖維工業(yè)化產(chǎn)品是PAN基和瀝青基兩種，日本是生產(chǎn)高性能碳纖維的大國，而美國是消費(fèi)高性能碳纖維的大國。1959年日本大阪工業(yè)研究所進(jìn)藤博士用美國PAN奧綸為原料研究開發(fā)PAN基碳纖維，日本群馬大學(xué)大谷教授在1963年利用煤焦、石油煉制的副產(chǎn)品瀝青研究開發(fā)成功瀝青基碳纖維。1965-1967年美國的UCC公司曾以粘膠纖維為原料研究開發(fā)了粘膠纖維基碳纖維．但未推廣。碳纖維的生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代末70年代初，當(dāng)時(shí)以粘膠纖維為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化制成碳纖維，主要在火箭噴嘴防止熱氣流傳導(dǎo)使用。
    1971-1983年，日木東麗公司、東邦人造絲公司和三菱人造絲公司分別利用本國的研究成果建廠，進(jìn)行了碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，其后又各自與美國、德國和英國合作，建立子公司生產(chǎn)碳纖維。日本碳纖維主要用于體育器具如高爾夫球桿、釣魚竿、網(wǎng)球拍框，歐美則用于航空和航天工業(yè)。
    1980年前，波音公司將碳纖維用于757飛機(jī)作部件，1985-1990年歐美在航空、航天業(yè)碳纖維用量不多，但對其復(fù)合材料產(chǎn)品性能的提高和加工技術(shù)都進(jìn)行了深入的研究。1995年后波音公司民航客機(jī)767和777的機(jī)體、機(jī)翼、翼尾等都應(yīng)用了碳纖維，另外在航天通信衛(wèi)星上也開始應(yīng)用。
    在1970年代末，英國Courtaulds公司進(jìn)行大絲束碳纖維的研究，1985年開發(fā)出了48 K以上大絲束碳纖維，其性能可達(dá)到T300的水平，但原絲價(jià)格僅為6K小絲束碳纖維的1/2，大幅度降低了通用級碳纖維的成本，使其進(jìn)入一般工業(yè)領(lǐng)域成為可能。進(jìn)入1990年代，大絲束碳纖維的發(fā)展獲得重大突破，大絲束碳纖維的抗拉強(qiáng)度己為3 200-3 800 MPa,歐美等國在建筑業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域取代小絲束碳纖維取得成功，又由于大絲束碳纖維的價(jià)格也比一般小絲束碳纖維低得多，因此近年來，大絲束碳纖維發(fā)展迅速，年產(chǎn)能力從1996年的2 300 t增長到2003年的8 500 t,美國Akzo, Zoltek和Aldila這三大公司的產(chǎn)量己占大絲束碳纖維總量的70％以上。大絲束碳纖維的主要生產(chǎn)國是美國、德國與日本，產(chǎn)能情況如表2所示，其產(chǎn)量大約是小絲束碳纖維產(chǎn)量的33％左右。

            表1 各種材質(zhì)碳纖維的主要性能

表3 2002-2004各大PAN基碳纖維公司產(chǎn)能

    目前，日本東麗公司生產(chǎn)的碳纖維無論品質(zhì)還是產(chǎn)量都具前列，可代表當(dāng)今水平。該公司于1962年在進(jìn)藤博士發(fā)明的用PAN原絲生產(chǎn)碳纖維基礎(chǔ)上，開始研制PAN碳纖維。初由于采用民用腈綸為原料生產(chǎn)不出合格的碳纖維，遂開始研制適合于生產(chǎn)高性能碳纖維的特種PAN原絲。1967年該公司用研制出的特種PAN原絲生產(chǎn)碳纖維獲得成功，打通了生產(chǎn)合格碳纖維的工藝流程。1971年8月在滋賀工廠建成了12 t/a的碳纖維試驗(yàn)線；1973年3月又建成了60t/a的碳纖維線：1974年10月，其生產(chǎn)能力己達(dá)到156 t/a 。目前該公司的生產(chǎn)能力已達(dá)7300 t/a，占高性能碳纖維產(chǎn)量的35.2％。該公司于1971年剛生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品代號(hào)T300的抗拉強(qiáng)度為3.0 GPa左右，目前T300的抗拉強(qiáng)度己提高到3.5GPa以上，成為公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)宇航級的碳纖維。至1985年該公司研制成功了T1000,其抗拉強(qiáng)度為7.02GPa,比T300多了1倍多，該公司的目標(biāo)為8.052GPa，目前實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)已達(dá)到。T1000是目前上性能好的碳纖維。
    PAN基碳纖維生產(chǎn)廠商主要有日本Toray（東麗）、Toho（東邦）、MitsubishiRayon（三菱人造絲），美國Hexcel（赫克塞爾）、Amoco（阿莫科）和Zoltek（卓爾泰克）等公司，產(chǎn)能情況見表3。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本Mitsubishi Chem（三菱化學(xué)）、Kurcha（吳羽）、Donac與美國Amoco公司，產(chǎn)能情況見表4。

表4  02-04年瀝青基碳纖維的生產(chǎn)廠家產(chǎn)能

    在小絲束碳纖維（3K，6K和12K）方面，Toray, Toho與Mitsubishi Rayon 3家公司已形成壟斷，其產(chǎn)能分別達(dá)到9100, 5600和4700 t/a,分別占總產(chǎn)能的31.6％、19.5％和16.3％。
2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
    我國碳纖維發(fā)展從20世紀(jì)70年代中期開始，經(jīng)過30余a的發(fā)展，碳纖維從無到有，從研制到生產(chǎn)取得了一定的成績，但總的來說，國內(nèi)碳纖維的研制與生產(chǎn)水平還較低，目前僅相當(dāng)于國外20世紀(jì)70年代中、末期水平。
2.2.1 PAN基碳纖維
    我國PAN基碳纖維的開發(fā)研制已有30多a歷史．1960年代初，長春應(yīng)用化學(xué)研究所己著手于PAN基碳纖維的研究，1970年代初己完成連續(xù)化中試裝置。其后，上海合成纖維研究所、科學(xué)院山西煤化所等單位也開展研制工作，并于1980年代中期通過了中試。進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化試生產(chǎn)階段，先后建成了從幾百kg/a到幾t/a的小試裝置和幾十t/a的中試生產(chǎn)裝置。總之，我國碳纖維研發(fā)生產(chǎn)起步不晚，但發(fā)展緩慢，總生產(chǎn)能力還不及發(fā)達(dá)或地區(qū)的一家公司。
    2002年國內(nèi)PAN基碳纖維需求量約為2235t,其中體育休閑領(lǐng)域需求量為1935 t ,占87％；一般產(chǎn)業(yè)需求量為250 t，占1l％：軍工領(lǐng)域需求量為50 t,僅占2％。2003年3月10日，英國AMEC/ACE（艾麥克）公司與安徽華皖碳纖維有限公司關(guān)于年產(chǎn)量分別為PAN原絲500 t、碳纖維200 t（均以12 K計(jì)算）的技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同在上海正式簽約，計(jì)劃將于2005年初投產(chǎn)。
2.2.2 瀝青基碳纖維
    瀝青基碳纖維的生產(chǎn)能力較小，國內(nèi)瀝青基碳纖維的研究和開發(fā)較早，但在開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用方面與國外相比有較大的差距。1970年代初，上海焦化廠以煤焦油為原料成功地制取了碳纖維，但因試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量不高而終止。1979年，科學(xué)院山西煤化所開始研制瀝青基碳纖維，1985年通過小試。在此基礎(chǔ)上，冶金部在煙臺(tái)籌建了新材料研究所，生產(chǎn)通用級瀝青碳纖維，規(guī)模70-100 t/a，主要做飛機(jī)的剎車片。1990年代初擴(kuò)大到150 t/a,但由于設(shè)備未過關(guān)，又無改造資金，處于停產(chǎn)狀態(tài)。鞍山東亞精細(xì)化工有限公司投資1.2億元幣，于1990年代初從美國Ashland（阿什蘭德）石油公司引進(jìn)了全套生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)能力為200 t/a; 1994年動(dòng)工建設(shè)，1995年投產(chǎn)。近年來，國內(nèi)碳纖維的產(chǎn)量雖有增加，但與不斷增長的需求相比仍有較大的差距。
3 碳纖維的應(yīng)用
    隨著科技的發(fā)展，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域與日俱增，它們除了廣泛應(yīng)用于航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域，還可用在文體用品、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、生物工程、建筑材料、化工機(jī)械、運(yùn)輸車輛等方面。此外，在開發(fā)不用潤滑油的軸承、齒輪、軸瓦、轉(zhuǎn)軸、提升輪等運(yùn)動(dòng)頻繁、負(fù)荷大的零件方面有很好的前景。
3.1 在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
    碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在國外液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用十分廣泛。如德國Astrium公司設(shè)計(jì)、制造了一種水冷推力室試驗(yàn)件試驗(yàn)用噴管延伸段，以及為阿里安5火箭芯級火神發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造了縮尺推力室用噴管延伸段；阿里安5火箭的上面級發(fā)動(dòng)機(jī)Aestus發(fā)動(dòng)機(jī)和HM-7發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延伸段；RS-72發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延伸段：法國Snecma公司研制的一種上面級發(fā)動(dòng)機(jī)Venus發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延伸段；美國Pratt＆Whitney公司研制的膨脹循環(huán)液氫液氧上面級發(fā)動(dòng)機(jī)RL1OB-2發(fā)動(dòng)機(jī)可延伸噴管；法國Snecma公司研制的膨脹循環(huán)液氫液氧上面級發(fā)動(dòng)機(jī)Vinci發(fā)動(dòng)機(jī)可延伸
噴管：美國ARC公司為姿控發(fā)動(dòng)機(jī)研制了一個(gè)先進(jìn)材料的演示推力室，除頭部的中間部分外，其余部分均用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料整體制作。
    碳纖維在國外固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用普遍。主要應(yīng)用在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管部分和碳纖維殼體。在噴管部分，現(xiàn)得到應(yīng)用的有C/C喉襯，碳／酚醛喉襯，C/C擴(kuò)散段，碳/酚醛擴(kuò)散段，C/C螺釘，C/C銷釘，C/C鎖片。“MX"導(dǎo)彈第三級發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中大量使用了C/C材料；阿里安一5和阿里安-3運(yùn)載火箭固體助推器的噴管也主要使用碳纖維材料。在C/C擴(kuò)散段的研究中，美國起步早，1980年代早期己經(jīng)將C/C擴(kuò)散段延伸錐用于“MX"第三級發(fā)動(dòng)機(jī)和侏儒導(dǎo)彈的二、三級發(fā)動(dòng)機(jī)。原蘇聯(lián)也在1970年代研究C/C擴(kuò)散段，并在1980年代中期應(yīng)用于SS-24、SS-25等導(dǎo)彈中。法國和德國的研究人員也從1970年代開始研究C/C擴(kuò)散段，并獲得試驗(yàn)成功。
    在殼體部分，近年來，美國在研制高速、高加速反導(dǎo)攔截導(dǎo)彈時(shí)，為了滿足高強(qiáng)度、高剛度要求，幾乎無一例外地采用了碳纖維環(huán)氧殼體，如ERINT低空攔截彈、THAAD高空攔截彈、標(biāo)準(zhǔn)SM23攔截彈的第二、三級體。GBI地基攔截彈級為德爾它運(yùn)載火箭助推器GEM發(fā)動(dòng)機(jī)，采用IM27碳纖維／環(huán)氧殼體。第二、三級采用Orbusl發(fā)動(dòng)機(jī)，選用的是T240碳纖細(xì)環(huán)氧殼體。
    俄羅斯研制的“暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)，其頭錐和機(jī)翼前緣采用了碳/碳復(fù)合材料。戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭的端頭采用碳／碳，過渡段采用碳／酚醛樹脂復(fù)合材料,發(fā)動(dòng)機(jī)部件采用了碳/碳復(fù)合材料.
3.2在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
    新武器裝備研制過程中的小型化、輕質(zhì)化、高強(qiáng)度、長壽命、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性等都離不開碳纖維的應(yīng)用可以說碳纖維在國防軍工中有舉足輕重的影響。
    美國國防部2000年和2001對碳纖維的需求量分別為180 t和200 t, 2002年增加到350 t以上。2003年較2002年略有減少，約為330 t左右，2004年和2005年又有10％和5％左右的增幅，相應(yīng)達(dá)到370 t和385 t上下。國防部軍工產(chǎn)品中，空軍所占份額大，根據(jù)2000-2005年統(tǒng)計(jì)，空軍對碳纖維的需求占國防部對總碳纖維需求的54.8％；海軍則占29.1％；  陸軍占13.6％；多兵種占2.5％。可見空軍是碳纖維的主要用戶，海軍次之，陸軍對碳纖維用得比較少。空軍碳纖維主要用于制造軍機(jī)，包括：B-1、B-2、C17、JASSM、UCAV、F16（US）、F16（FMS）、F22和F117等。海軍消耗的碳纖維主要用于生產(chǎn)F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)和V22直升機(jī)。F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)耗用的碳纖維占海軍對碳纖維的總需求量的60%-70％。美國陸軍對碳纖維的需求相對較少，2000-2001年對碳
纖維的需求不足5 t, 2002年猛增到100 t以上，2004-2005年又降落到50 t上下。陸軍所需碳纖維主要用于制造Ammo坦克，占陸軍所需碳纖維總量的90％以上。
3.3 在民用飛機(jī)上的應(yīng)用
    碳纖維復(fù)合材料可有效降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，改進(jìn)性能，因而隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和碳纖維復(fù)合材料技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維復(fù)合材料在大型民用飛機(jī)上的用量不斷增長。從1960年麥道公司在DC-9上的用量不足1％，1980年代逐步增長到歐洲空中客車公司A310的10％左右，而2003年該公司生產(chǎn)的A380超大型客機(jī)，碳纖維復(fù)合材料的用量高達(dá)25％。歐洲在大型民用飛機(jī)上采用先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料量大大高于美國。美國波音公司的B777客機(jī)應(yīng)用復(fù)合材料的比例達(dá)到9％，是該公司應(yīng)用復(fù)合材料比例高的民機(jī)機(jī)種，在B777客機(jī)上，先進(jìn)復(fù)合材料主要應(yīng)用在飛機(jī)尾翼、襟翼、副翼、天線罩、整流罩、短艙和地板梁等構(gòu)件，具體包括垂直安定面翼盒、平尾翼盒、方向舵、升降舵、前后緣壁板、地板梁70根、外側(cè)副翼、外側(cè)襟翼、襟翼、襟副翼、整流包皮、內(nèi)外側(cè)擾流板、后緣壁板、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、發(fā)動(dòng)機(jī)支架整流罩、前起落架艙門、機(jī)身不主起落架艙門、固定前緣、雷達(dá)天線罩等。
  3.4 在體育休閑用品領(lǐng)域的應(yīng)用
   體育休閑用品是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。在碳纖維發(fā)展的早期，體育休閑用品消耗的碳纖維占近1/3,近年來呈下降趨勢，但消耗量仍然可觀。亞洲用于生產(chǎn)體育休閑用品碳纖維的消耗量是上高的，2002年在體育用品的4990 t碳纖維中，亞洲占位達(dá)3100 t,占62.2％；其次是北美，占22.4％；歐洲少，僅為15.4％。在亞洲特別是正越來越多地生產(chǎn)管狀復(fù)合材料件，如高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等，其它還包括滑雪板、滑雪車、箭桿、釣魚竿、自行車車架、船槳、公路賽車、競技墻等體育用品。
3.5 在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用
      隨著碳纖維成本的降低與復(fù)合材料制造技術(shù)的發(fā)展，土木建筑領(lǐng)域成為碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的新市場。利用碳纖維復(fù)合材料棒材替代圓鋼，利用碳纖維片材加固或修復(fù)橋梁及建筑物，及利用碳纖維增強(qiáng)混凝土等將會(huì)有很大的發(fā)展。目前在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要是：復(fù)合材料棒材、纖維增強(qiáng)膠接層板、碳纖維增強(qiáng)混凝土、碳纖維復(fù)合材料板、碳纖維單向布等。
3.6 在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
    近幾年來碳纖維在宇航領(lǐng)域中應(yīng)用有萎縮的趨勢，在工業(yè)應(yīng)用的市場不斷看好。與宇航和體育休閑用品相比，工業(yè)應(yīng)用對于碳纖維的需求在不斷增長。基礎(chǔ)設(shè)施、油氣開采、壓力容器、復(fù)合材料輥?zhàn)印⒑胶?gòu)件等應(yīng)用不斷開發(fā)，使碳纖維在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)增長。歐洲和日本在這方面的開發(fā)處于地位，用于工業(yè)應(yīng)用碳纖維的需求量在歐洲大，亞洲其次。據(jù)報(bào)道，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維高達(dá)2700 t,主要用于生產(chǎn)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)施等，在電磁屏蔽和靜電消散方面的應(yīng)用也在不斷增長。
3.7 在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用
    在交通領(lǐng)域，碳纖維擴(kuò)大應(yīng)用的大希望在于汽車業(yè)。國外的各大主要汽車廠家，均競相開發(fā)碳纖維復(fù)合材料（CFRP)化的節(jié)能、環(huán)保和安全性汽車。新一代的汽車要求大大降低能耗，重要的措施之一就是減輕汽車質(zhì)量，用一般鋼材是不可能實(shí)現(xiàn)的，有效的辦法就是應(yīng)用復(fù)合材料。設(shè)計(jì)表明，一輛典型小車的碳纖維用量可超過113kg，以此推算，僅滿足北美需求，碳纖維復(fù)合材料的需求量就達(dá)碳纖維總生產(chǎn)能力的100倍。因此碳纖維復(fù)合材料用作汽車材料，將具有廣闊的發(fā)展前景。目前碳纖維復(fù)合材料已獲得應(yīng)用或正在研究開發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域主要包括：飛輪、壓縮天然氣貯罐、燃?xì)馔钙讲考x車裝置，其它部件如蓄電池、活塞、傳動(dòng)軸、彈翼、大梁、汽車骨架、螺旋槳芯軸、輪毅、緩沖器、彈簧片、引擎零件、船舶的增強(qiáng)材料等。
3.8 在能源領(lǐng)域的應(yīng)用
    目前，電阻率在10-10Ω.cm的碳纖維紙屬高性能碳纖維紙，通常稱之高電導(dǎo)率碳纖維紙，在新能源和電化學(xué)領(lǐng)域正在廣泛推廣應(yīng)用。科學(xué)家經(jīng)過多種探索，確認(rèn)高性能碳纖維紙能滿足綠色能源-燃料電池的要求，而且和原炭材料電極相比，還有體積小、質(zhì)量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，用高性能碳纖維紙制作質(zhì)子交換膜-燃料電池(PEMFC）的氣體擴(kuò)散層電極材料，己經(jīng)得到各燃料電池制造商的認(rèn)同，將很快得到發(fā)展。能源方面和貯能方面，像風(fēng)力發(fā)電用葉片、飛輪、電池等應(yīng)用也不斷擴(kuò)大。
3.9 在電子工業(yè)的應(yīng)用
    碳纖維除因其優(yōu)良的力學(xué)性能而用于結(jié)構(gòu)材料的增強(qiáng)外，還因其導(dǎo)電性極好且呈非磁性而用作功能材料。在電子工業(yè)中也有重要的應(yīng)用。用碳纖維制作的電子屏蔽裝置具有很好的電磁波吸收能力，碳纖維與聚合物復(fù)合成為填充型復(fù)合材料，不僅具有良好的屏蔽作用，同時(shí)使殼體材料的力學(xué)性能大大提高。碳纖維熱塑性復(fù)合材料(CFRTP）具有優(yōu)良的抗拉、抗彎性能，其比強(qiáng)度大于鋁鎂合金；質(zhì)量輕于鋁鎂合金，且不怕生銹，無需與特殊的熱環(huán)境隔離，具有很好的耐震動(dòng)衰減性和耐疲勞性能，特別適用于制造在交變載荷下工作的電子零部件；其永久抗靜電性、電磁波屏蔽性和耐候性均優(yōu)于熱塑性塑料（ABS）。所以CFRTP材料己被廣泛地應(yīng)用于電
子電氣領(lǐng)域。如用于制備風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、防爆開關(guān)、電磁屏蔽材料、儀表罩殼、精密電子儀器部件、電纜管道等。
4 結(jié)論
    碳纖維復(fù)合材料自1960年代興起以來，經(jīng)過40多a的發(fā)展，在技術(shù)、工藝等各方面都取得了長足的進(jìn)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，從以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的軍事領(lǐng)域，逐步拓展到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是近幾年以來，碳纖維復(fù)合材料在土木工程、交通運(yùn)輸、壓力容器、石油開采、紡織機(jī)械等方面的應(yīng)用大幅增長，更有新開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷見諸報(bào)道。如利用碳纖維復(fù)合材料制造人工韌帶、人造假肢和人造骨骼，作為航天光學(xué)遙感器結(jié)構(gòu)件等。與國外的發(fā)展相比，國內(nèi)的碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)還處于相對較低的水平，沒有形成規(guī)模，碳纖維的需求與生產(chǎn)供應(yīng)之間脫節(jié)．而從國外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，碳纖維是一種可以形成龐大產(chǎn)業(yè)帶的基礎(chǔ)產(chǎn)品，并隨其成本的降低而在金屬、陶瓷、玻纖等材料的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)因其高科技含量，又可在一定時(shí)期形成相對壟斷產(chǎn)品。因此，碳纖維及其復(fù)合材料的開發(fā)，可帶來長期、穩(wěn)定的投資收益。