| 隨着尖端技術對新材料技術性能的要求日益嚴格，碳纖維及其複合材料相繼研制成功，使複合材料領域呈現出一派勃勃生機。本文介紹碳纖維及增強複合材料在交通領域的最新應用情況及市場發展前景。 |
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碳縴維（CF）是上世紀50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需求而產生的，目前主要應用於體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。碳縴維是縴維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，具有優異的力學性能。特別是在2000℃以上的高溫惰性環境中，碳纖維是唯一強度不降低的材料。碳纖維（CF）是上世紀50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需求而產生的，目前主要應用於體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。碳纖維是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，具有優異的力學性能。特別是在2000℃以上的高溫惰性環境中，碳纖維是唯一強度不降低的材料。
碳纖維和碳纖維增強複合材料（CFRP）是二十一世紀的新材料，高強度、高彈性模量和低比重性能，使之在交通運輸領域迅速得到廣泛應用。
2005年，全球碳纖維的耗用量已超過2萬噸，其中航空航天領域的碳纖維需求約佔總消耗量的20%。
近20年來，碳纖維增強複合材料研究與應用受到世界各國的普遍重視，美國、日本及歐洲等工業發達國家均將其列入國家優先重點發展計劃。目前，中國碳纖維增強複合材料的總產量已居世界第三位。
轎車及專用車輛利用強度和剛度優勢
碳纖維增強聚合物基複合材料有足夠的強度和剛度，是製造汽車車身、底盤等主要部件的最輕材料。預計碳纖維複合材料的應用可使汽車車身、底盤減重40~60%，相當於鋼結構重量的1/3~1/6。
英國材料系統實驗室曾對碳纖維複合材料減重效果進行研究，結果表明，碳纖維增強聚合物材料車身重172kg，而鋼製車身重量為368kg，減重約50%。並且，當生產量在2萬輛以下時，採用RTM工藝生產複合材料車身，成本要低於鋼製車身。
但由於碳纖維成本過高，碳纖維增強複合材料在汽車中的應用有限，僅在一些F1賽車、高級轎車、小批量車型上有所應用，如寶馬公司的Z-9、Z-22的車身和M3系列車頂蓬和車身，通用公司的Ultralite車身，福特公司的GT40車身，保時捷911GT3承載式車身等。
碳纖維還因為其環保、耐磨的特點而應用在剎車片上，但含有碳纖維複合材料的產品價格都偏貴，所以目前這種剎車片還主要應用在高檔轎車上。
碳纖維制動盤被廣泛用於競賽用車上，例如F1賽車上。它能夠在50m的距離內，將汽車的速度從300km/h降低到50km/h，此時制動盤的溫度會升高到900℃以上，制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。
碳纖維制動盤能夠承受2500℃的高溫，而且具有非常優秀的制動穩定性。
雖然碳纖維制動盤具有性能卓越的減速性能，但是目前在量產的汽車上使用碳纖維制動盤卻並不實際，因為，碳纖維制動盤的性能只有在溫度達到800℃以上時才能發揮得最好。
也就是說，必須在行駛了數公里之後，汽車的制動裝置才能進入最佳工作狀態，這對於大多數只是短途行駛的車輛並不適用。
另外，碳纖維制動盤的磨損速度很快，製造成本也非常高。
碳纖維汽車座椅加熱墊是碳纖維加熱應用於汽車工業的一個突破，碳纖維加熱元技術在汽車配套市場變得越來越受歡迎，它將會完全替代傳統的座椅加熱系統。
轎車碳纖維增強複合材料能有效減輕車身、船体自重，同時不影響使用性能。 |
目前，幾乎全球所有汽車製造廠商的高檔、豪華轎車都配備了這種座椅加熱裝置，比如奔馳、寶馬、奧迪、大眾、本田、日產等等。
熱載荷碳纖維是一種比較高效能的導熱材料，熱效率高達96%，並在加熱墊中均勻密佈，保証熱量在座椅加熱區域均勻釋放。碳纖維線及溫度分佈均勻，又確保了加熱墊長期使用後，仍保持座椅表面皮革平整完好，並且不產生紋路痕跡和局部變色。溫度超出設定區間則自動斷電，不能滿足溫度要求時自動通電調節溫度。
碳纖維適宜人體吸收的紅外線波長，具有保健作用，可以有效減少駕乘疲勞，增加舒適度。
採用CFRP可以在滿足該要求的條件下，實現壓力容器的輕量化。隨着環保汽車的開發，以氫為燃料的燃料電池汽車，使用CFRP材料製作燃料貯罐已為市場所接受。
依據日本能源廳燃料電池研討會信息，2020年，日本將有500萬台汽車使用燃料電池。美國福特汽車Hummer H2H越野車也開始使用氫燃料電池，預計2010年氫燃料電池汽車將會形成一定的市場規模。
航空領域製造結構部件的關鍵材料
碳纖維增強複合材料具有高強度、高模量特點，已在航天航空等領域廣泛使用，是製造衛星、導彈、飛機的重要零部件的關鍵結構材料。
2001年，航空航天領域對碳纖維的需求為2690噸，2002年和2003年，需求量分別約減少20%、9%。2003年以後，航空航天領域對碳纖維的需求出現快速增長，2006年與2001年相比，增長約40%，2008年增長約76%。預計到2010年，碳纖維的需求量將比2001年增長一倍以上。
T300碳纖維/樹脂基複合材料已經在飛行器上作為結構材料廣泛使用，目前應用較多的為拉伸強度達到5.5GPa、斷裂應變高出T300碳纖維30%的高強度中模量碳纖維——T800H纖維。
在戰斗機和直升機上，碳纖維複合材料應用於戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位的特種功能部件。國外將碳纖維/環氧和碳纖維/雙馬複合材料應用在戰機機身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了飛機的抗疲勞、耐腐蝕等性能。
數據顯示，採用複合材料結構的前機身段，可比金屬結構減輕質量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%；複合材料垂直安定面可減輕重量32.24%。
用軍機戰術技術性能的重要指標——結構重量系數來衡量，國外第四代軍機的結構重量系數已達到27~28%。
未來以F-22為目標的背景機複合材料用量比例需求約為35%，其中，碳纖維複合材料將成為主體材料。國外一些輕型飛機和無人駕駛飛機，已實現了結構的複合材料化。目前，主要使用的是T300級和T700級小絲束碳纖維增強的複合材料。
在民用領域，555座的A380飛機由於大量使用CFRP，創造了飛行史上的奇跡：25%的飛機部件由複合材料製造，其中22%為碳纖維增強塑料，3%為首次用於民用飛機的GLARE纖維——金屬板（鋁合金和玻璃纖維超混雜複合材料的層狀結構）。
這些部件包括：減速板、垂直和水平穩定器（用作油箱）、方向舵、升降舵、副翼、襟翼擾流板、起落架艙門、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、後密封隔框、後壓力艙、後機身、水平尾翼和副翼，它們均採用CFRP製造。
繼A340對碳纖維龍骨梁和複合材料後密封框——複合材料用於飛機的密封禁區發起挑戰後，A380又一次對連接機翼與機身主體結構中央翼盒新的禁區發起了成功挑戰，僅此一項就比最先進的鋁合金材料減輕重量1.5噸。
由於CFRP具有明顯減重以及在使用中不會因疲勞或腐蝕而受損的性能，從而大大減少了油耗和排放，燃油的經濟性比其直接競爭機型約低13%，並降低了運營成本，座英里成本比目前效率最高飛機低15%~20%，成為第一個每名乘客、每百公里耗油量少於三升的遠程客機。
大型民用客機，如波音B757、B767以及B787和空客A380的主翼及機倉，就使用了日本東麗（Toray）高強度、低成本的T700S（T700G）。
航空航天領域的CF需求量增加明顯，2010年將佔CF消費總量的22%，年均增長率達20%。
降低商用船艇的運營成本
CFRP材料已進入商用船只製造業，在救生艇、巡邏艇及休閑游艇等方面吸引了眾多消費者的注意。使用CFRP可降低艇體重量，延長使用壽命，節約能源，降低游艇的運營成本。
救生艇、巡邏艇及休閑游艇等也開始大量使用CFRP材料。 |
大型港口內的業務運營中，選擇使用CFRP巡邏艇可降低船體重量，提高船的可操作性，以及港口運營效率，這已在挪威港口運營中得以驗証，其CFRP客運船已投入商業化運作。
高級自行車及登山車—重要民用空間
自行車是人們日常生活的必須用品。目前，全球的自行車中，高級自行車和特別用途登山車約佔5%，成為CFRP民用的一個重要應用空間。
高級自行車的車構架、前叉部件、車輪、曲軸以及座位支架等，均可使用CFRP材料，比例可達30%~40%。CFRP賦予了車體良好的剛性和減震性能，同時可實現輕質化，市場需求穩定。
Trek公司的一款SSL型自行車，採用克重為55g/m2的碳纖維製品製成車架，重量僅為950g；法國Salomen SA 採用100%CFRP材料加工自行車輪，生產周期短，製造成本低。
1988年奧運會上，美國代表隊使用的30輛自行車通體由碳纖維複合材料製成，每輛車僅重6公斤。
碳縴維和碳縴維增強復合材料（CFRP）是二十一世紀的新材料，高強度、高彈性模量和低比重性能，使之在交通運輸領域迅速得到廣泛應用。
2005年，全球碳縴維的耗用量已超過2萬噸，其中航空航天領域的碳縴維需求約佔總消耗量的20%。
近20年來，碳縴維增強復合材料研究與應用受到世界各國的普遍重視，美國、日本及歐洲等工業發達國家均將其列入國家優先重點發展計划。目前，中國碳縴維增強復合材料的總產量已居世界第三位。
轎車及專用車輛利用強度和剛度優勢
碳縴維增強聚合物基復合材料有足夠的強度和剛度，是制造汽車車身、底盤等主要部件的最輕材料。預計碳縴維復合材料的應用可使汽車車身、底盤減重40~60%，相當於鋼結構重量的1/3~1/6。
英國材料系統實驗室曾對碳縴維復合材料減重效果進行研究，結果表明，碳縴維增強聚合物材料車身重172kg，而鋼制車身重量為368kg，減重約50%。並且，當生產量在2萬輛以下時，採用RTM工藝生產復合材料車身，成本要低於鋼制車身。
但由於碳縴維成本過高，碳縴維增強復合材料在汽車中的應用有限，僅在一些F1賽車、高級轎車、小批量車型上有所應用，如寶馬公司的Z-9、Z-22的車身和M3系列車頂蓬和車身，通用公司的Ultralite車身，福特公司的GT40車身，保時捷911GT3承載式車身等。
碳縴維還因為其環保、耐磨的特點而應用在剎車片上，但含有碳縴維復合材料的產品價格都偏貴，所以目前這種剎車片還主要應用在高檔轎車上。
碳縴維制動盤被廣泛用於競賽用車上，例如F1賽車上。它能夠在50m的距離內，將汽車的速度從300km/h降低到50km/h，此時制動盤的溫度會升高到900℃以上，制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。
碳縴維制動盤能夠承受2500℃的高溫，而且具有非常優秀的制動穩定性。
雖然碳縴維制動盤具有性能卓越的減速性能，但是目前在量產的汽車上使用碳縴維制動盤卻並不實際，因為，碳縴維制動盤的性能只有在溫度達到800℃以上時才能發揮得最好。
也就是說，必須在行駛了數公里之後，汽車的制動裝置才能進入最佳工作狀態，這對於大多數只是短途行駛的車輛並不適用。
另外，碳縴維制動盤的磨損速度很快，制造成本也非常高。
碳縴維汽車座椅加熱墊是碳縴維加熱應用於汽車工業的一個突破，碳縴維加熱元技術在汽車配套市場變得越來越受歡迎，它將會完全替代傳統的座椅加熱系統。
轎車碳縴維增強復合材料能有效減輕車身、船体自重，同時不影響使用性能。 |
目前，幾乎全球所有汽車制造廠商的高檔、豪華轎車都配備了這種座椅加熱裝置，比如奔馳、寶馬、奧迪、大眾、本田、日產等等。
熱載荷碳縴維是一種比較高效能的導熱材料，熱效率高達96%，並在加熱墊中均勻密布，保証熱量在座椅加熱區域均勻釋放。碳縴維線及溫度分布均勻，又確保了加熱墊長期使用後，仍保持座椅表面皮革平整完好，並且不產生紋路痕跡和局部變色。溫度超出設定區間則自動斷電，不能滿足溫度要求時自動通電調節溫度。
碳縴維適宜人體吸收的紅外線波長，具有保健作用，可以有效減少駕乘疲勞，增加舒適度。
採用CFRP可以在滿足該要求的條件下，實現壓力容器的輕量化。隨着環保汽車的開發，以氫為燃料的燃料電池汽車，使用CFRP材料制作燃料貯罐已為市場所接受。
依據日本能源廳燃料電池研討會信息，2020年，日本將有500萬台汽車使用燃料電池。美國福特汽車Hummer H2H越野車也開始使用氫燃料電池，預計2010年氫燃料電池汽車將會形成一定的市場規模。
航空領域制造結構部件的關鍵材料
碳縴維增強復合材料具有高強度、高模量特點，已在航天航空等領域廣泛使用，是制造衛星、導彈、飛機的重要零部件的關鍵結構材料。
2001年，航空航天領域對碳縴維的需求為2690噸，2002年和2003年，需求量分別約減少20%、9%。2003年以後，航空航天領域對碳縴維的需求出現快速增長，2006年與2001年相比，增長約40%，2008年增長約76%。預計到2010年，碳纖維的需求量將比2001年增長一倍以上。
T300碳縴維/樹脂基復合材料已經在飛行器上作為結構材料廣泛使用，目前應用較多的為拉伸強度達到5.5GPa、斷裂應變高出T300碳縴維30%的高強度中模量碳縴維——T800H縴維。
在戰斗機和直升機上，碳縴維復合材料應用於戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位的特種功能部件。國外將碳縴維/環氧和碳縴維/雙馬復合材料應用在戰機機身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了飛機的抗疲勞、耐腐蝕等性能。
數據顯示，採用復合材料結構的前機身段，可比金屬結構減輕質量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%；復合材料垂直安定面可減輕重量32.24%。
用軍機戰術技術性能的重要指標——結構重量系數來衡量，國外第四代軍機的結構重量系數已達到27~28%。
未來以F-22為目標的背景機復合材料用量比例需求約為35%，其中，碳縴維復合材料將成為主體材料。國外一些輕型飛機和無人駕駛飛機，已實現了結構的復合材料化。目前，主要使用的是T300級和T700級小絲束碳縴維增強的復合材料。
在民用領域，555座的A380飛機由於大量使用CFRP，創造了飛行史上的奇跡：25%的飛機部件由復合材料制造，其中22%為碳縴維增強塑料，3%為首次用於民用飛機的GLARE縴維——金屬板（鋁合金和玻璃縴維超混雜復合材料的層狀結構）。
這些部件包括：減速板、垂直和水平穩定器（用作油箱）、方向舵、升降舵、副翼、襟翼擾流板、起落架艙門、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、後密封隔框、後壓力艙、後機身、水平尾翼和副翼，它們均採用CFRP制造。
繼A340對碳縴維龍骨梁和復合材料後密封框——復合材料用於飛機的密封禁區發起挑戰後，A380又一次對連接機翼與機身主體結構中央翼盒新的禁區發起了成功挑戰，僅此一項就比最先進的鋁合金材料減輕重量1.5噸。
由於CFRP具有明顯減重以及在使用中不會因疲勞或腐蝕而受損的性能，從而大大減少了油耗和排放，燃油的經濟性比其直接競爭機型約低13%，並降低了運營成本，座英里成本比目前效率最高飛機低15%~20%，成為第一個每名乘客、每百公里耗油量少於三升的遠程客機。
大型民用客機，如波音B757、B767以及B787和空客A380的主翼及機倉，就使用了日本東麗（Toray）高強度、低成本的T700S（T700G）。
航空航天領域的CF需求量增加明顯，2010年將佔CF消費總量的22%，年均增長率達20%。
降低商用船艇的運營成本
CFRP材料已進入商用船只制造業，在救生艇、巡邏艇及休閑游艇等方面吸引了眾多消費者的注意。使用CFRP可降低艇體重量，延長使用壽命，節約能源，降低游艇的運營成本。
救生艇、巡邏艇及休閑游艇等也開始大量使用CFRP材料。 |
大型港口內的業務運營中，選擇使用CFRP巡邏艇可降低船體重量，提高船的可操作性，以及港口運營效率，這已在挪威港口運營中得以驗証，其CFRP客運船已投入商業化運作。
高級自行車及登山車—重要民用空間
自行車是人們日常生活的必須用品。目前，全球的自行車中，高級自行車和特別用途登山車約佔5%，成為CFRP民用的一個重要應用空間。
高級自行車的車構架、前叉部件、車輪、曲軸以及座位支架等，均可使用CFRP材料，比例可達30%~40%。CFRP賦予了車體良好的剛性和減震性能，同時可實現輕質化，市場需求穩定。
Trek公司的一款SSL型自行車，採用克重為55g/m2的碳縴維制品制成車架，重量僅為950g；法國Salomen SA 採用100%CFRP材料加工自行車輪，生產周期短，制造成本低。
1988年奧運會上，美國代表隊使用的30輛自行車通體由碳縴維復合材料制成，每輛車僅重6公斤。
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