| 随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益严格，碳纤维及其复合材料相继研制成功，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。本文介绍碳纤维及增强复合材料在交通领域的最新应用情况及市场发展前景。 |
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碳纤维（CF）是上世纪50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需求而产生的，目前主要应用於体育器械、纺织、化工机械及医学领域。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，具有优异的力学性能。特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳纤维是唯一强度不降低的材料。碳纤维（CF）是上世纪50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需求而产生的，目前主要应用於体育器械、纺织、化工机械及医学领域。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，具有优异的力学性能。特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳纤维是唯一强度不降低的材料。
碳纤维和碳纤维增强复合材料（CFRP）是二十一世纪的新材料，高强度、高弹性模量和低比重性能，使之在交通运输领域迅速得到广泛应用。
2005年，全球碳纤维的耗用量已超过2万吨，其中航空航天领域的碳纤维需求约占总消耗量的20%。
近20年来，碳纤维增强复合材料研究与应用受到世界各国的普遍重视，美国、日本及欧洲等工业发达国家均将其列入国家优先重点发展计划。目前，中国碳纤维增强复合材料的总产量已居世界第三位。
轿车及专用车辆利用强度和刚度优势
碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身、底盘等主要部件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减重40~60%，相当於钢结构重量的1/3~1/6。
英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明，碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50%。并且，当生产量在2万辆以下时，采用RTM工艺生产复合材料车身，成本要低於钢制车身。
但由於碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用，如宝马公司的Z-9、Z-22的车身和M3系列车顶蓬和车身，通用公司的Ultralite车身，福特公司的GT40车身，保时捷911GT3承载式车身等。
碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在刹车片上，但含有碳纤维复合材料的产品价格都偏贵，所以目前这种刹车片还主要应用在高档轿车上。
碳纤维制动盘被广泛用於竞赛用车上，例如F1赛车上。它能够在50m的距离内，将汽车的速度从300km/h降低到50km/h，此时制动盘的温度会升高到900℃以上，制动盘会因为吸收大量的热能而变红。
碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温，而且具有非常优秀的制动稳定性。
虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能，但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际，因为，碳纤维制动盘的性能只有在温度达到800℃以上时才能发挥得最好。
也就是说，必须在行驶了数公里之後，汽车的制动装置才能进入最佳工作状态，这对於大多数只是短途行驶的车辆并不适用。
另外，碳纤维制动盘的磨损速度很快，制造成本也非常高。
碳纤维汽车座椅加热垫是碳纤维加热应用於汽车工业的一个突破，碳纤维加热元技术在汽车配套市场变得越来越受欢迎，它将会完全替代传统的座椅加热系统。
轿车碳纤维增强复合材料能有效减轻车身、船体自重，同时不影响使用性能。 |
目前，几乎全球所有汽车制造厂商的高档、豪华轿车都配备了这种座椅加热装置，比如奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、日产等等。
热载荷碳纤维是一种比较高效能的导热材料，热效率高达96%，并在加热垫中均匀密布，保证热量在座椅加热区域均匀释放。碳纤维线及温度分布均匀，又确保了加热垫长期使用後，仍保持座椅表面皮革平整完好，并且不产生纹路痕迹和局部变色。温度超出设定区间则自动断电，不能满足温度要求时自动通电调节温度。
碳纤维适宜人体吸收的红外线波长，具有保健作用，可以有效减少驾乘疲劳，增加舒适度。
采用CFRP可以在满足该要求的条件下，实现压力容器的轻量化。随着环保汽车的开发，以氢为燃料的燃料电池汽车，使用CFRP材料制作燃料贮罐已为市场所接受。
依据日本能源厅燃料电池研讨会信息，2020年，日本将有500万台汽车使用燃料电池。美国福特汽车Hummer H2H越野车也开始使用氢燃料电池，预计2010年氢燃料电池汽车将会形成一定的市场规模。
航空领域制造结构部件的关键材料
碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量特点，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要零部件的关键结构材料。
2001年，航空航天领域对碳纤维的需求为2690吨，2002年和2003年，需求量分别约减少20%、9%。2003年以後，航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长，2006年与2001年相比，增长约40%，2008年增长约76%。预计到2010年，碳纤维的需求量将比2001年增长一倍以上。
T300碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上作为结构材料广泛使用，目前应用较多的为拉伸强度达到5.5GPa、断裂应变高出T300碳纤维30%的高强度中模量碳纤维——T800H纤维。
在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用於战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了飞机的抗疲劳、耐腐蚀等性能。
数据显示，采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻重量32.24%。
用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27~28%。
未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求约为35%，其中，碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前，主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材料。
在民用领域，555座的A380飞机由於大量使用CFRP，创造了飞行史上的奇迹：25%的飞机部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料，3%为首次用於民用飞机的GLARE纤维——金属板（铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构）。
这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器（用作油箱）、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、後密封隔框、後压力舱、後机身、水平尾翼和副翼，它们均采用CFRP制造。
继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料後密封框——复合材料用於飞机的密封禁区发起挑战後，A380又一次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战，仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻重量1.5吨。
由於CFRP具有明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀而受损的性能，从而大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型约低13%，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机低15%~20%，成为第一个每名乘客、每百公里耗油量少於三升的远程客机。
大型民用客机，如波音B757、B767以及B787和空客A380的主翼及机仓，就使用了日本东丽（Toray）高强度、低成本的T700S（T700G）。
航空航天领域的CF需求量增加明显，2010年将占CF消费总量的22%，年均增长率达20%。
降低商用船艇的运营成本
CFRP材料已进入商用船只制造业，在救生艇、巡逻艇及休闲游艇等方面吸引了众多消费者的注意。使用CFRP可降低艇体重量，延长使用寿命，节约能源，降低游艇的运营成本。
救生艇、巡逻艇及休闲游艇等也开始大量使用CFRP材料。 |
大型港口内的业务运营中，选择使用CFRP巡逻艇可降低船体重量，提高船的可操作性，以及港口运营效率，这已在挪威港口运营中得以验证，其CFRP客运船已投入商业化运作。
高级自行车及登山车—重要民用空间
自行车是人们日常生活的必须用品。目前，全球的自行车中，高级自行车和特别用途登山车约占5%，成为CFRP民用的一个重要应用空间。
高级自行车的车构架、前叉部件、车轮、曲轴以及座位支架等，均可使用CFRP材料，比例可达30%~40%。CFRP赋予了车体良好的刚性和减震性能，同时可实现轻质化，市场需求稳定。
Trek公司的一款SSL型自行车，采用克重为55g/m2的碳纤维制品制成车架，重量仅为950g；法国Salomen SA 采用100%CFRP材料加工自行车轮，生产周期短，制造成本低。
1988年奥运会上，美国代表队使用的30辆自行车通体由碳纤维复合材料制成，每辆车仅重6公斤。
碳纤维和碳纤维增强复合材料（CFRP）是二十一世纪的新材料，高强度、高弹性模量和低比重性能，使之在交通运输领域迅速得到广泛应用。
2005年，全球碳纤维的耗用量已超过2万吨，其中航空航天领域的碳纤维需求约占总消耗量的20%。
近20年来，碳纤维增强复合材料研究与应用受到世界各国的普遍重视，美国、日本及欧洲等工业发达国家均将其列入国家优先重点发展计划。目前，中国碳纤维增强复合材料的总产量已居世界第三位。
轿车及专用车辆利用强度和刚度优势
碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身、底盘等主要部件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减重40~60%，相当於钢结构重量的1/3~1/6。
英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明，碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50%。并且，当生产量在2万辆以下时，采用RTM工艺生产复合材料车身，成本要低於钢制车身。
但由於碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用，如宝马公司的Z-9、Z-22的车身和M3系列车顶蓬和车身，通用公司的Ultralite车身，福特公司的GT40车身，保时捷911GT3承载式车身等。
碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在刹车片上，但含有碳纤维复合材料的产品价格都偏贵，所以目前这种刹车片还主要应用在高档轿车上。
碳纤维制动盘被广泛用於竞赛用车上，例如F1赛车上。它能够在50m的距离内，将汽车的速度从300km/h降低到50km/h，此时制动盘的温度会升高到900℃以上，制动盘会因为吸收大量的热能而变红。
碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温，而且具有非常优秀的制动稳定性。
虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能，但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际，因为，碳纤维制动盘的性能只有在温度达到800℃以上时才能发挥得最好。
也就是说，必须在行驶了数公里之後，汽车的制动装置才能进入最佳工作状态，这对於大多数只是短途行驶的车辆并不适用。
另外，碳纤维制动盘的磨损速度很快，制造成本也非常高。
碳纤维汽车座椅加热垫是碳纤维加热应用於汽车工业的一个突破，碳纤维加热元技术在汽车配套市场变得越来越受欢迎，它将会完全替代传统的座椅加热系统。
轿车碳纤维增强复合材料能有效减轻车身、船体自重，同时不影响使用性能。 |
目前，几乎全球所有汽车制造厂商的高档、豪华轿车都配备了这种座椅加热装置，比如奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、日产等等。
热载荷碳纤维是一种比较高效能的导热材料，热效率高达96%，并在加热垫中均匀密布，保证热量在座椅加热区域均匀释放。碳纤维线及温度分布均匀，又确保了加热垫长期使用後，仍保持座椅表面皮革平整完好，并且不产生纹路痕迹和局部变色。温度超出设定区间则自动断电，不能满足温度要求时自动通电调节温度。
碳纤维适宜人体吸收的红外线波长，具有保健作用，可以有效减少驾乘疲劳，增加舒适度。
采用CFRP可以在满足该要求的条件下，实现压力容器的轻量化。随着环保汽车的开发，以氢为燃料的燃料电池汽车，使用CFRP材料制作燃料贮罐已为市场所接受。
依据日本能源厅燃料电池研讨会信息，2020年，日本将有500万台汽车使用燃料电池。美国福特汽车Hummer H2H越野车也开始使用氢燃料电池，预计2010年氢燃料电池汽车将会形成一定的市场规模。
航空领域制造结构部件的关键材料
碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量特点，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要零部件的关键结构材料。
2001年，航空航天领域对碳纤维的需求为2690吨，2002年和2003年，需求量分别约减少20%、9%。2003年以後，航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长，2006年与2001年相比，增长约40%，2008年增长约76%。预计到2010年，碳纤维的需求量将比2001年增长一倍以上。
T300碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上作为结构材料广泛使用，目前应用较多的为拉伸强度达到5.5GPa、断裂应变高出T300碳纤维30%的高强度中模量碳纤维——T800H纤维。
在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用於战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了飞机的抗疲劳、耐腐蚀等性能。
数据显示，采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻重量32.24%。
用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27~28%。
未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求约为35%，其中，碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前，主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材料。
在民用领域，555座的A380飞机由於大量使用CFRP，创造了飞行史上的奇迹：25%的飞机部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料，3%为首次用於民用飞机的GLARE纤维——金属板（铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构）。
这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器（用作油箱）、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、後密封隔框、後压力舱、後机身、水平尾翼和副翼，它们均采用CFRP制造。
继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料後密封框——复合材料用於飞机的密封禁区发起挑战後，A380又一次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战，仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻重量1.5吨。
由於CFRP具有明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀而受损的性能，从而大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型约低13%，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机低15%~20%，成为第一个每名乘客、每百公里耗油量少於三升的远程客机。
大型民用客机，如波音B757、B767以及B787和空客A380的主翼及机仓，就使用了日本东丽（Toray）高强度、低成本的T700S（T700G）。
航空航天领域的CF需求量增加明显，2010年将占CF消费总量的22%，年均增长率达20%。
降低商用船艇的运营成本
CFRP材料已进入商用船只制造业，在救生艇、巡逻艇及休闲游艇等方面吸引了众多消费者的注意。使用CFRP可降低艇体重量，延长使用寿命，节约能源，降低游艇的运营成本。
救生艇、巡逻艇及休闲游艇等也开始大量使用CFRP材料。 |
大型港口内的业务运营中，选择使用CFRP巡逻艇可降低船体重量，提高船的可操作性，以及港口运营效率，这已在挪威港口运营中得以验证，其CFRP客运船已投入商业化运作。
高级自行车及登山车—重要民用空间
自行车是人们日常生活的必须用品。目前，全球的自行车中，高级自行车和特别用途登山车约占5%，成为CFRP民用的一个重要应用空间。
高级自行车的车构架、前叉部件、车轮、曲轴以及座位支架等，均可使用CFRP材料，比例可达30%~40%。CFRP赋予了车体良好的刚性和减震性能，同时可实现轻质化，市场需求稳定。
Trek公司的一款SSL型自行车，采用克重为55g/m2的碳纤维制品制成车架，重量仅为950g；法国Salomen SA 采用100%CFRP材料加工自行车轮，生产周期短，制造成本低。
1988年奥运会上，美国代表队使用的30辆自行车通体由碳纤维复合材料制成，每辆车仅重6公斤。
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