高性能碳纖復(fù)合材料是先進(jìn)復(fù)合材料的典型代表，作為結(jié)構(gòu)與功能的一體化材料，碳纖維復(fù)合材料在電力產(chǎn)業(yè)、石油工業(yè)、天然氣、電動汽車等新能源領(lǐng)域中扮演著非常重要的角色。

而相對于傳統(tǒng)化石能源而言的新能源，以新材料和新技術(shù)作為基礎(chǔ)，包括風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮堋⒑四堋⑻柲艿瓤稍偕茉匆约皩鹘y(tǒng)能源技術(shù)進(jìn)行變革所形成的新的能源等，碳纖維復(fù)合材料在新能源產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用是符合時(shí)代主題的發(fā)展的必然方向,我們必須重視并為之努力。

碳纖維在天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用

壓縮天然氣（Compressed NaturalGas，CNG）在我國應(yīng)用較為廣泛，用起來比較安全，成本低、無污染，是一咱比較理想的能源。氣瓶是CNG的儲存容器，是CNG的關(guān)鍵部件。這種氣瓶是合金鋼瓶或復(fù)合材料氣瓶均可。

相對于鋼瓶而言，碳纖維復(fù)合材料氣瓶破損安全性好，當(dāng)復(fù)合材料氣瓶超載時(shí)可能發(fā)生少量纖維斷裂，此時(shí)壓力載荷會迅速在未破壞的纖維上重新分配，不致使氣瓶在短期內(nèi)推動承載能力。

碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域中的應(yīng)用

風(fēng)電的價(jià)格與風(fēng)機(jī)功能是有關(guān)的，在一定范圍內(nèi)他們成反比例的關(guān)系，也就是說電機(jī)功率越大，單位發(fā)電的成本也就越低。風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件之一就是葉片，而葉片的長度對風(fēng)機(jī)的功率起重要作用。

提高發(fā)電機(jī)的功率對葉片的長度、質(zhì)量、材料強(qiáng)度有很高的要求。在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，采用性能更好的碳纖維復(fù)合材料勢在必行。

目前全球已經(jīng)有不少的公司已經(jīng)開始應(yīng)用，如：德國葉片制造商采用了碳纖維新制造的56m長，5MW風(fēng)機(jī)葉片，他們認(rèn)為葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片的制作成本要低于玻璃纖維制造。

用碳纖維代替以往的玻璃纖維，再加上新型成型的加工技術(shù)，碳纖維復(fù)合材料在電力生產(chǎn)中一定會發(fā)揮起來越重要的作用。此外，碳纖維復(fù)合導(dǎo)線輸電導(dǎo)線中也存在巨大的潛在市場，碳纖維復(fù)合導(dǎo)線可以提高輸送電能的效率，也是能源利用的重要領(lǐng)域。

碳纖維在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

復(fù)合材料加工能耗低、且輕質(zhì)高強(qiáng)、成型工藝性好，已然是汽車工業(yè)以塑代鋼的理想材料。目前，汽車工業(yè)空前興盛，但也正面臨資源和環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)，如何推進(jìn)汽車輕量化達(dá)到降低油耗的目的，是汽車工業(yè)發(fā)展的主題。

正因?yàn)樘祭w維復(fù)合材料擁有的熱固性和熱塑性，因此可適用于不同的汽車部件。在國際上，碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于汽車的包括車身部件、動力部件等各個(gè)部件。值得提出的是，實(shí)現(xiàn)在汽車上真正的大規(guī)模應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，需要突破很多關(guān)鍵技術(shù)。

碳纖維在石油領(lǐng)域的應(yīng)用

石油是一種非常寶貴的能源，也是有限且不可再生的能源，當(dāng)今綜合國力競爭的重要因素。在我國,機(jī)械采油井?dāng)?shù)占總生產(chǎn)井?dāng)?shù)的90%以上，在其中80%是采用傳統(tǒng)的桿泵抽油模式。

這種金屬抽油桿存在著大重量、易腐蝕、低疲勞性能，采油事故發(fā)生率高的缺點(diǎn)，而采用碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿徹底的克制了這些缺點(diǎn)，具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐磨損的特點(diǎn)，大大提高采油效率，應(yīng)用前景十分廣泛。

不可忽視的是，深海油氣開采是當(dāng)今世界石油開發(fā)的趨勢，且我國深海油較豐富，更好更快的開發(fā)深海油氣也是我國當(dāng)前石油戰(zhàn)略發(fā)展的重要課題。

目前，我國開采海域深度已經(jīng)達(dá)到1500--3000m，深度不斷加深給原有的開采設(shè)備和技術(shù)帶來了難以攻克的技術(shù)難題。由此可見在深海油氣開發(fā)領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件的研發(fā)是未來必然發(fā)展的方向。

節(jié)能與新能源產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今中國迫切需要快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，節(jié)能與新能源產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前我國極具發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。新能源產(chǎn)業(yè)作為支撐中國經(jīng)濟(jì)順利走向低碳、綠色的道路和在國際競爭中爭取科技經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)的關(guān)鍵力量，應(yīng)得到足夠的關(guān)注和科學(xué)的發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料在新能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，首先要充分了解碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)越性能，發(fā)展低成本的碳纖維成型技術(shù)，發(fā)展電力產(chǎn)業(yè)、石油產(chǎn)業(yè)、天然氣方面以及電動汽車方面的終端產(chǎn)業(yè)鏈，隨著認(rèn)識越來越充分，技術(shù)越來越成熟，碳纖維復(fù)合材料在新能源產(chǎn)業(yè)中一定會發(fā)揮越起來越重要的作用。

航空航天中的碳纖維復(fù)合材料

自從人類首次涉足空中以來，設(shè)計(jì)師就一直在不斷努力提高升重比。復(fù)合材料在減輕重量方面發(fā)揮了重要作用，如今使用的主要類型有三種：碳纖維，玻璃纖維和芳綸增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

還有其他一些，例如硼增強(qiáng)（它本身是在鎢芯上形成的復(fù)合材料）。自1987年以來，復(fù)合材料在航空航天中的使用每五年增加一倍，并且定期出現(xiàn)新的復(fù)合材料。

用途復(fù)合材料用途廣泛，可用于所有飛機(jī)和航天器的結(jié)構(gòu)應(yīng)用和組件，從熱氣球吊船和滑翔機(jī)到客機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)和航天飛機(jī)。應(yīng)用范圍從完整的飛機(jī)（如Beech Starship）到機(jī)翼組件，直升機(jī)旋翼槳葉，螺旋槳，座椅和儀表外殼。

這些類型具有不同的機(jī)械性能，并用于飛機(jī)制造的不同領(lǐng)域。例如，碳纖維具有獨(dú)特的疲勞性能。鋁制機(jī)翼具有已知的金屬疲勞壽命，而碳纖維的可預(yù)測性要差得多（但每天都會顯著提高），但硼效果很好（例如在高級戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼中）。

芳綸纖維被廣泛用于蜂窩板形式，用以構(gòu)造非常堅(jiān)硬，非常輕的艙壁，燃料箱和地板。它們還用于前緣和后緣機(jī)翼組件。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中，波音公司成功地使用了1,500個(gè)復(fù)合零件來替換直升機(jī)中的11,000個(gè)金屬零件。在商業(yè)和休閑航空中，以復(fù)合材料為基礎(chǔ)的組件代替金屬作為維護(hù)周期的一部分正在迅速增長。

總體而言，碳纖維是航空航天應(yīng)用中使用最廣泛的復(fù)合纖維。

好處我們已經(jīng)介紹了一些方法，例如減輕體重，但這是完整列表：

減輕重量-通常會節(jié)省20％-50％。

使用自動鋪板機(jī)和旋轉(zhuǎn)模塑工藝可以很容易地組裝復(fù)雜的零件。

單殼（“單殼”）模制結(jié)構(gòu)以更低的重量提供了更高的強(qiáng)度。

機(jī)械性能可以通過“疊層”設(shè)計(jì)進(jìn)行定制，并具有逐漸變細(xì)的補(bǔ)強(qiáng)布厚度和布取向。

復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性意味著它們不會隨溫度的變化而過度膨脹/收縮（例如，在35,000英尺內(nèi)，在幾分鐘之內(nèi)從90°F的跑道升至-67°F的跑道）。

高抗沖擊性-凱夫拉爾（芳綸）裝甲也能屏蔽飛機(jī)-例如，減少對帶有發(fā)動機(jī)控制裝置和燃油管路的發(fā)動機(jī)掛架的意外損壞。

高損傷容忍度提高了事故的生存能力。

避免了“電偶”-電腐蝕問題，當(dāng)兩種異種金屬接觸時(shí)（特別是在潮濕的海洋環(huán)境中）會發(fā)生電腐蝕問題。（此處使用非導(dǎo)電玻璃纖維。）

消除了疲勞/腐蝕的綜合問題。

未來展望隨著燃油成本和環(huán)境保護(hù)壓力的不斷增加，商業(yè)飛行承受著不斷提高性能的壓力，而減輕重量是其中的關(guān)鍵因素。除了日常運(yùn)營成本外，還可通過減少部件數(shù)量和減少腐蝕來簡化飛機(jī)維護(hù)計(jì)劃。

飛機(jī)制造業(yè)務(wù)的競爭性質(zhì)確保了在任何可能的地方探索和利用任何降低運(yùn)營成本的機(jī)會。軍事領(lǐng)域也存在競爭，不斷施加壓力以增加有效載荷和射程，飛行性能特征以及“生存能力”，不僅是飛機(jī)，還有導(dǎo)彈。復(fù)合技術(shù)不斷發(fā)展，玄武巖和碳納米管等新型材料的出現(xiàn)必將加速和擴(kuò)展復(fù)合材料的使用。在航空航天領(lǐng)域，復(fù)合材料將繼續(xù)存在。