1. 應用現狀
碳纖維很少直接應用，大多是經過深加工製成中間產物或複合材料使用，碳纖維複（fù）合材料作為結構（gòu）件或功能件現已廣泛應用（yòng）在航空航天、工（gōng）業（yè）和體（tǐ）育休閑用品三大（dà）領域。
碳纖（xiān）維（wéi）以其（qí）質輕、高強度、高模量、耐（nài）高低溫和耐腐（fǔ）蝕等特點最早應用於（yú）航（háng）天及國（guó）防領域，如大型飛機、軍用飛機、無人機及導彈、火箭、人造衛星和雷達罩等，且航（háng）空航天領域用碳纖維的性（xìng）能等級相對而言（yán）是最高的。
在工業領域，碳纖維廣泛應用在汽車、電纜、風能發電、壓力容器、海洋產業、電子器件、工業器（qì）材和土木建築等。
在體育休閑用品領（lǐng）域，高爾夫球杆和釣魚竿最早獲得應用，近年來，自行車、網球拍（pāi）、羽毛球拍等體育用品也越來越（yuè）多的使用碳纖（xiān）維材料，一般使用T300級碳纖維（wéi）就可以（yǐ）滿足需求，但為了提升產品性能，部分部件也（yě）已開始使用T700級甚至更高性能碳纖維。
從（cóng）國際（jì）市場來（lái）看，2014年全球碳纖維需求量（liàng）約5.4萬噸，2015年達7.4萬（wàn）噸，2016年8.3萬噸。近（jìn）8年，碳纖維（wéi）需求量的複合增長率達8.9%，未來年均增（zēng）長率將超過10%，2020年需求（qiú）量將超過13萬噸。
2015年，碳纖維的主要的下遊應用是航空（kōng）航天1.78萬噸（dūn）/24%、汽車1.11噸/15%、風電葉片1.63萬噸/22%、體育休閑0.89萬噸/12%，合（hé）計（jì）5.4萬噸，占比73%。未來隨著（zhe）碳纖維（wéi）複合材（cái）料成型技術的不斷發展，下遊應用領域的（de）不斷開拓，尤其是航空、汽車、風電葉片的強（qiáng）勁增長以及其帶動作用，
2. 航空航天領域
碳纖維複合材料得以在（zài）航空航天工業（yè）中大規模應用（yòng），不僅（jǐn）因為它能夠實現減輕飛行器重量、節約（yuē）能源、增強巡航能力的目標，還要歸功於它擁有較高（gāo）的（de）強（qiáng）度和耐腐蝕、抗疲勞等理化特性。
2015年航空航天領（lǐng）域對碳纖維的需求量達到1.78萬噸，其中僅商用飛機（jī）的（de）需求即占68%的比例，是（shì）目前航空工業中對（duì）碳纖維需求最大的市場。結合全球（qiú）碳纖維發展情（qíng）況和航空航天領域對碳（tàn）纖維的需求情況（kuàng），2020年需求量可能達（dá）到2.7萬噸。軍用飛機和商（shāng）用飛機的（de）需求在2011年為7,010噸（dūn），到2015年（nián）增長至14,100噸，年均複合增長率為16.9%，預計到2020年（nián）需（xū）求（qiú）量將增至19,600噸，年均複（fù）合增長率為8.4%。
航空航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（de）應用比例，二是（shì）新增的飛機訂（dìng）單，預計2020年，航空航天對碳纖維的需求將達到2.7萬噸。
民用航空方麵，碳纖維（wéi）複合材料自20世紀70年代（dài）首次被應用在飛（fēi）機上的一（yī）些二級結構，如整流（liú）罩、控製儀表盤和機（jī）艙門;近三十年來，碳纖維複合材料（liào）的使用逐步進入到機翼、機（jī）身等受力大、尺寸大（dà）的主承力結構中。
目（mù）前（qián）世界兩（liǎng）個最大（dà）的客機——波音和空客，均采（cǎi）用（yòng）碳纖維結構，平均可實現重量降低20%、燃油成本降低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53%的重量使用碳纖維（wéi）增強複合材料CFRP。
軍用航空方麵，碳纖維（wéi）複合材料得到了國內外的充分（fèn）重視。目前複合材料已經應用在（zài）戰績機身、主翼（yì）、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明（míng）顯減重作用。根據中國材料研究學會的數（shù）據顯示，采用複合材料的前機身段，可比金屬結構減輕質量31.5%，減少零（líng）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（tàn）纖維複合（hé）材（cái）料的使用比（bǐ）例，從F-15E的2%，F-18E的19%，到第四代戰鬥（dòu）機F-22中使（shǐ）用24%的碳纖維複合材料。
此外，近年來無人機(UAV)包括無人（rén）作（zuò）戰機(UCAV)發展迅速，由於低成本、輕結構、高機（jī）動、大（dà）過載、高隱（yǐn）身、長航程的技術特點，決定了其對減重的迫（pò）切需求，複合材料的使用比例基本是所有（yǒu）航空器中最（zuì）高的，美國全球鷹(GlobalHawk)高空長航時無人偵察機共用複合材料（liào）達65%，先進無人機複合材料的用量更是不斷提升，X-45C、X-47B、“神（shén）經元”、“雷神（shén）”上（shàng）都運用了90%的複合材料。近年來（lái）無人機除廣泛用（yòng）於軍事用途（tú）外，在災情巡邏、環境監（jiān）控、大地測量空中（zhōng）攝（shè）影及氣象觀察等民用領（lǐng）域的用途越來越廣（guǎng），隨著這些飛機（jī）逐漸形成批量生產，複合材料在無人機上的用量會繼續增加。
在航天領域，碳纖維複合材（cái）料不僅符合航天技術對結構材料減輕質量的要求，還符合對結構材料具有高比（bǐ）模量和高比強度的要求，具有性能和功（gōng）能的可設計（jì）性，被大量應用。此外，航天飛行器的重量（liàng）每減少1公斤，就可使運載火（huǒ）箭減輕500公斤，因此（cǐ），在（zài）航空航天工業中普遍采用先進的碳纖維複合材料。美國、歐（ōu）洲的（de）衛星結構（gòu）質量不到總重量的10%，原因就在於廣泛（fàn）使用（yòng）了高性能複合材料。目前衛星的微波通信係（xì）統、能（néng）源係統和（hé）各種支撐結構件等已（yǐ）經基本做到了複合材料化。在運載火箭和戰略導彈方麵，碳纖維複合材料以其（qí）優異的性（xìng）能（néng）得到（dào）了較好的應用與發展，先後成功用於“飛馬座”、“德爾塔（tǎ）”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（jì）導彈，俄羅（luó）斯戰略導彈“白（bái）楊”M導彈均采用先進複合材料發射筒。
3. 汽（qì）車（chē）領域
隨著（zhe）排放標準趨嚴（yán）及（jí）低碳生活被人們（men）普遍（biàn）接受，節能減排已成為汽車工（gōng）業的重要研究課題，在能源革新有限的情況下，輕量化是解決（jué）問題的關鍵之一。
2015年全（quán）球汽（qì）車總銷量為8,910萬輛，相比2014年的8,717萬輛增幅為2.2%，預計2020年產能將達到1億輛。2015年全（quán）球碳纖維汽車市場需求量達（dá）到（dào）了1萬多噸，預計到2020年將超過2萬噸，未來五年年均增速高達21%，將成為增長最快（kuài）和需求最大的領域之一。
1) 超跑——最先引入碳纖（xiān）維（wéi）
汽車（chē）行業引入碳纖維複合材料的原因主要是相比傳統鋼材和鋁材，碳（tàn）纖維的剛度更強，但（dàn）重量更輕。但碳（tàn）纖維材料因為高成本（běn）、生產周期長，以（yǐ）及供應鏈不穩定等，汽車行業最先是在低產（chǎn）量、價格昂貴的（de）超級（jí）跑車上使用（yòng）。
1981年麥克拉倫公司最先在其F1賽車MP4/1上使用了一體式（shì）碳纖（xiān）維車架。2000年（nián）後法拉利、蘭博基尼等超級跑（pǎo）車製造（zào）商也開始（shǐ）在使用碳（tàn）纖維複（fù）合（hé）材料造車。其他汽車廠商使用碳纖維材料也大（dà）多是在（zài）部（bù）分（fèn）車身配件和內飾上使用，其目的更多是為了減輕重量、突出高端運動車性能。
2) 減重——碳纖維需求增長驅動（dòng）力
政府製定嚴格的車輛燃料經濟性標準和（hé）二氧化碳排放法規，是汽車選擇碳（tàn）纖維（wéi）複合材料的重要推手。車身整體（tǐ）重量的減輕是非常（cháng）有效的控製尾氣排放的手段。汽車重量每降低100公斤，排放（fàng）量可下降（jiàng）20g/km，普通車需減重245kg才（cái）能達（dá）到要求的排放標準（zhǔn），電動車需減重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）質零部（bù）件減重50~60%，並保（bǎo）持同等強度的先進材料。
各國近幾年均發布了二氧化碳（tàn）的排放標（biāo）準。美國於2010年4月和2012年8月分別發布了（le）針（zhēn）對2012-2016(第一階段)和2017-2025(第二階段)的輕型汽車燃料經濟性及溫室氣體排放規定（dìng），要求2025年美國輕型汽車（chē）的平（píng）均燃料經濟性達到54.5mpg。《輕（qīng）型汽（qì）車汙染物排放限（xiàn）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，將從2020年（nián）起正式實施。標（biāo）準要求，我國2015年（nián）CO2排放為155g/km，2020年需降至112g/km;2015年平（píng）均油耗為6.9L/(100km)，2020年（nián）需減至5.0L/(100km)。
3) 規模化、產業一（yī）體化整（zhěng）合——寶馬引入碳纖維結構件
目前，世界各主要汽車廠商，包括寶馬、奔馳、奧迪、通用、福（fú）特等，都紛紛布局碳纖維（wéi）產業，並逐步推（tuī）出導入碳纖維技術的車型。其（qí）中（zhōng），以寶（bǎo）馬公司最為突出。德國寶馬公司積極購入上遊碳纖維工廠股份，與西格裏(SGL)成立碳纖維合資公司（sī），聯合開發碳纖維（wéi）增強複合材料，將碳纖維科技大量運用在寶馬量產車款上，不（bú）僅保證了供應商（shāng）的穩定，縮短生產周期，同時也將成（chéng）本降低了30%。
截（jié）至2015年，寶馬（mǎ）集團車用碳纖維的年產能達到9000噸。寶馬汽車在中遊三十多種零部件使用了碳纖維複合（hé）材料，其中隔音板、前端支架和座（zuò）椅結構占比（bǐ）最高。
2014年寶馬i3全碳纖維車身電動車量產，成為（wéi）第一個大批量（liàng）使用碳纖維作（zuò）為車身（shēn）材料的整車廠商。寶馬i3整車重量僅為1195公斤，相（xiàng）比傳統電（diàn）動車減輕250-350公斤，同時具備最（zuì）高性能的碰撞安全保（bǎo）護（hù），電池容量僅（jǐn）20kwh，續航裏程達160公裏，比傳（chuán）統電動車續航裏程提高52%。此外，寶馬i8將碳纖維應用到車身和內飾中，使車身總重控製在1,540公斤。2015年7月1日（rì），全（quán）新第六（liù）代BMW7係汽車在丁（dīng）格芬工廠正式投產，這是寶馬核心產品中第一款實現將工業製造的（de）碳纖維材料、高強（qiáng）度鋼材和鋁材完美組（zǔ）合應（yīng）用到車身的車（chē）型。
4) 總結—碳纖維應用在汽車領域
1) 輕量化。碳（tàn）纖維應（yīng）用於汽車後，給汽車製（zhì）造帶來最明顯的（de）好處就是汽（qì）車輕量化，最直接影響的就是節能、加速、製動（dòng）性能的提升。一般而言（yán），車重減（jiǎn）小10%，油耗降低6%～8%，排放降低5～6%,0-100km/h加速性提升8-10%，製（zhì）動距離縮短2～7m。
2) 安全性。車（chē）身（shēn）輕量化可以使整車的重心（xīn）下移，提（tí）升了汽車操縱穩（wěn）定性，車輛的運行將更（gèng）加安全、穩定。碳纖維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（bèi）、鋁（lǚ）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（hé）材料具有更高的疲勞強度，鋼和鋁的疲勞強度是抗拉強（qiáng）度的30-50%，而碳纖維複（fù）合材料可達70-80%，因此汽車上應用碳纖維複合材料對於（yú）材料疲勞可靠性有較大提升。
4) 減（jiǎn）少（shǎo）研發周期。由於（yú）碳纖維複合材料可設（shè）計性（xìng）比（bǐ）金屬強，因此更易（yì）於（yú）車身開（kāi）發的平台化、模塊化、集（jí）成化。這（zhè）樣碳纖維車身及金屬平台的混合車（chē）身（shēn）結構對於傳統汽車車身結構而言，可以做到模塊（kuài）化、集成化，大大減少零件種類（lèi），減少工裝投入，縮短開（kāi）發周期。
4. 風電（diàn）葉（yè）片（piàn）領域（yù）
風力作為（wéi）清（qīng）潔能（néng）源的代表之一，先於光伏發電受到全球各（gè）國的青睞。自20世紀80年代（dài）商業化發展以來，經曆了全球化的高速增長。截至2015年底，全球累計裝機容量達到（dào）432.42GW，累（lèi）計年增長率17%，根據GWEC的預測，全（quán）球風電累計裝機容量將從2014年的369.6GW增加至2019年的666.1GW，複合增速高達12.5%。風電未來的發展方向，除了向新興地區，如（rú）拉美（měi）、非洲等地（dì）開拓市場之外，低速風（fēng）機和海上（shàng）風機將逐（zhú）漸成為（wéi）行業熱點。
2015年碳纖維在（zài）風能上的應用為16300噸，預計2020年達（dá）到30000噸，年均複合增長率為（wéi）8.1%。
風力發電是世界可再生能源（yuán）增長最（zuì）快的（de）領域，風力發電葉片被普遍認（rèn）為是高性能碳纖維最重要的增長市場，特別是製造超大型（xíng）風電（diàn）機組所需葉片(2.5MW風電機組葉片長度達到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（ér）硬的高性能碳纖維複合材料，保證（zhèng）結構強度的同時（shí）避免葉片在風載作用下發生大變（biàn）形甚至撞擊風車支柱。
出於經濟性（xìng）考慮，當前主流的（de）葉片為玻璃鋼（gāng）材質（zhì）(GFRP)。風電機組（zǔ）的大型化和海上化都將極大（dà）地拉動對碳纖維葉片的需求增（zēng）長（zhǎng）。海上化的風力發電在要求葉（yè）片長度增加的（de）同時，還要求（qiú）葉片具（jù）有良好的抗腐蝕性與抗疲（pí）勞性（xìng），這些都是碳纖（xiān）維葉片的獨特優勢（shì）。由此觀（guān）之，高速擴張的大型風機市場將為碳纖維風力葉片的（de）發展提供廣（guǎng）闊的增長空間。根據測算，40米以上的風電葉（yè）片中關鍵結構如梁帽、主（zhǔ）梁使用碳（tàn）纖維複合材料一方麵（miàn）可使葉片自重減少38%，成本降低（dī）14%;另一方麵提高葉片抗（kàng）疲勞性能，提高（gāo）輸出（chū）功率，以碳纖維為材質可更容易生（shēng）產（chǎn）出大直徑和自（zì）適（shì）應的風電葉片。
5. 體育休閑領域
2015年年底，全（quán）球體育休閑市場（chǎng）碳纖維的用量為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年將超過1.9萬噸，年均複合增長率（lǜ）為2.3%，整體來看產業（yè）規模較為穩定，市場趨於飽（bǎo）和，暫時不會具有拉（lā）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（yòng）在高爾夫球杆、曲棍球棍、網球拍、釣魚竿、自行車架、滑雪板、賽艇等高端休閑體育市場。
6. 壓力容器領域
采用碳纖維複合材料纏繞而成的氣瓶，有質量輕、承載能力強（qiáng）、抗爆性能好、製造成（chéng）本低等優（yōu）點（diǎn）。目前，大多數常用的壓力容器為鋼製，在力學性（xìng）能方麵有較大局限性（xìng）;對（duì）於高壓容器來說（shuō），隻能靠增加壁厚（hòu）來提高承載性能。而新型碳纖維複合材（cái）料壓力（lì）容器，采用很（hěn）薄的金屬或非（fēi）金屬內膽，采用比強度較高的碳纖維纏繞而成（chéng），在提高壓力（lì）氣瓶承載能力（lì）的同時，重量可比同容積的金屬氣瓶減輕50%。在安全性（xìng）能上，由多層纖維纏繞而成的壓力氣瓶即使在內膽（dǎn）出現泄露的情況下，纖維層仍可保證氣瓶的安全運行，有足夠的（de）時間進行應急處理。在製作程序上，相對鋼（gāng）製容器（qì）的複雜工藝，碳纖維氣瓶製造工（gōng）藝要簡（jiǎn）單得多，通常采用專用數（shù）控纏繞機在鋁內膽外（wài）層纏繞碳纖維，精度很（hěn）高，節約成本（běn）。
碳纖維纏（chán）繞氣瓶的應（yīng）用主要包括車（chē）用壓縮天然（rán）氣氣瓶、航空航（háng）天動力係統用輕量化壓力（lì）容器和氣體運輸用高（gāo）壓容器。近（jìn）年來，市場對壓力容器需求量的增（zēng）長愈發樂（lè）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的量產，會帶來對高壓氫氣瓶的強勁需求（qiú）。其二是（shì）歐美興起的頁（yè）岩氣收集產業，頁岩氣的運輸（shū）、貯藏都需要安全、穩定、經濟的（de）高壓氣（qì）瓶，由此對（duì）碳纖維壓力容（róng）器的需求產生推動作用。盡管目前壓力容器的市場不大，但卻有（yǒu）著較大的增長空間。
資料來源：中塑在線

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