董鳳 李思靖 華林林

摘 要：當今社會中，對于碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用是十分廣泛的，有效地對復(fù)合材料的發(fā)展前景進行展望是非常關(guān)鍵的。碳纖維復(fù)合材料的巨大應(yīng)用價值可以很好地體現(xiàn)在汽車工業(yè)之中;而在航空航天領(lǐng)域中，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可以使航天設(shè)備的質(zhì)量得到提高;在高速動車組中，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可以提高動車組的安全系數(shù)，使質(zhì)量得到保證，為我國在機械和材料方面的發(fā)展奠定了牢固的根基。

關(guān)鍵詞：碳纖維;復(fù)合材料;應(yīng)用與展望

1 碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀

1.1碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)當中的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料因其具有重量輕、強度高、剛度高、耐腐蝕等優(yōu)點，越來越受到汽車行業(yè)的重視。根據(jù)碳纖維復(fù)合材料密度小，強度高的特點，其在車身與底盤上的應(yīng)用，可以在不損失剛度和強度的情況下減輕汽車的重量，保證汽車的安全系數(shù)。碳纖維復(fù)合材料的韌性強，使其具有較高的能量吸收能力和抗沖擊能力，有利于提高汽車的撞擊安全性能。具有較高防振性能，可應(yīng)用于車身、發(fā)動機與傳動系統(tǒng)，有良好的隔音和減震效果，提升乘客和司機的舒適度。除此以外，復(fù)合材料還有耐熱、抗腐蝕和抗輻射的優(yōu)點，全面提升汽車的性能。在汽車工業(yè)中應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，不僅使汽車實現(xiàn)輕量化，而且提升了汽車的安全性能和舒適度。在車身、底盤和承重部件的應(yīng)用中，既保證了汽車的安全性，同時還能為汽車減重，在汽車制造的各種材料中，碳纖維復(fù)合材料是最輕的，尤其是與之前使用的鋼材相比，碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢在重量方面體現(xiàn)的更加明顯。

近些年中，日本開始使用碳纖維復(fù)合材料來代替鋁合金，制作汽車渦輪增壓器的氣機葉輪，使葉輪質(zhì)量降低48%，減小了轉(zhuǎn)子的慣量，提高了加速性能，大大提升了渦輪增壓器的響應(yīng)時間。處理后的碳纖維，使碳纖維復(fù)合材料的強度得到了大范圍改善，這是碳纖維在發(fā)動機中應(yīng)用的一個非常成功的例子。

1.2碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

當前，碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用已小有所成，基本上已經(jīng)建立了碳纖維復(fù)合材料體系，并先后開發(fā)了多種樹脂基體，如酚醛、雙馬、環(huán)氧、聚酰亞胺等，構(gòu)造了碳纖維-環(huán)氧樹脂和碳纖維-雙馬結(jié)構(gòu)及碳纖維-酚醛燒蝕熱防護兩大復(fù)合材料系列，對此項技術(shù)的使用越來越熟練，應(yīng)用范圍逐漸夸大，應(yīng)用比例逐漸增多;預(yù)浸料鋪層模壓、纏繞、熱壓罐、液體成型等工藝技術(shù)手段已建立并應(yīng)用于各種型號，基本形成了較為完整的復(fù)合材料設(shè)計、制造、測試和應(yīng)用的一體化體系，在我國的航空航天事業(yè)發(fā)展中起著重要的支撐作用。此外，我國使用碳纖維復(fù)合材料自主研發(fā)出得剎車預(yù)制件的性能已完全達到國際水平。采用該工藝制造的碳/碳剎車盤，已批量裝備于國防重點型號軍用飛機上，并用于B757-200型民航飛機，其他機型的應(yīng)用正在試驗中。

1.3碳纖維復(fù)合材料在高速動車組中的應(yīng)用

目前，世界高鐵的發(fā)展盛況空前，而中國高速列車的發(fā)展尤為迅速，我國高速列車的擁有量和運營里程已占到世界總數(shù)的一半以上。隨著俄羅斯、泰國等國依次啟動高速列車的項目，高速列車市場邁入了一個新時期，需求也越來越大。推動了軌道交通技術(shù)的發(fā)展，同時也為新材料、新技術(shù)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的機遇。隨著高速列車的不斷發(fā)展和完善，用戶對于個性化定制需求也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展的趨勢。用戶不僅對列車運行速度提出要求，還開始關(guān)注列車運行中的節(jié)能環(huán)保問題、列車運行的舒適便捷程度等。傳統(tǒng)的列車由金屬材料制成，雖然可以提高速度，但是與此同時會產(chǎn)生強烈的振動、沖擊及噪聲等問題，而且金屬材料的列車在面對高溫、高原、沙漠等惡劣環(huán)境時，應(yīng)對能力較弱。其他材料在應(yīng)用方面也或多或少有一些問題，例如鋁合金制造的車體不易焊接、不耐腐蝕，不銹鋼制造的車體封閉、焊接時易變形，碳鋼的車體易腐蝕、非輕量化。由于這些傳統(tǒng)材料應(yīng)用起來危險性高、制作技術(shù)要求高，所以在當下的情況下已不能滿足目前的市場需要。

1.4碳纖維復(fù)合材料在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

自上個世紀90年代以來，我國開始對碳纖維復(fù)合材料在土木工程和建筑補強領(lǐng)域中的應(yīng)用進行研究。目前，有幾十所高校和科研院所對建筑補強用碳纖維復(fù)合材料的制造和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究工作，并且在生產(chǎn)、設(shè)備制造、材料評價和體系設(shè)計、應(yīng)用技術(shù)等方面取得了很大進展?，F(xiàn)在碳纖維布和碳纖維復(fù)合材料板廣泛應(yīng)用于在工程應(yīng)用的方面，是結(jié)構(gòu)加固中的重要材料，已在人民大會堂、北京工人體育場、天安門城樓、軍事博物館、北京國貿(mào)立交橋、北京地鐵隧道、京沈高速公路橋、中石油輸油管道等許多重大基礎(chǔ)、公共和工業(yè)設(shè)施得到了應(yīng)用。然而，與其他國家相比，我國在建筑工程領(lǐng)域中對于碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用還處于初始階段，還有材料類型和應(yīng)用技術(shù)單一的缺點，繼續(xù)研究解決。

2 碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展前景與建議

①建議國家層面重視，盡快出臺碳纖維復(fù)合材料發(fā)展戰(zhàn)略，并以此指導政府各部門制定相關(guān)發(fā)展政策和投資管理文件，設(shè)立投資門檻和投資方向，盡快清理整頓我國現(xiàn)在碳纖維復(fù)合材料行業(yè)中的混亂局面，使相關(guān)投資更科學、更有針對性、更有效益性。

②政府對于資金的利用一定要有針對性，用在關(guān)鍵之處，發(fā)揮其作用，要深諳行業(yè)之道，洞悉系統(tǒng)的關(guān)節(jié)，明確投資的目的不是為了增肥，而是在于疏通關(guān)節(jié)。例如，對國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的用戶給予適當補貼，不僅有利于碳纖維復(fù)合材料的推廣同時讓用戶收益，還有利于形成國產(chǎn)碳纖維質(zhì)量提升的激勵機制。

③復(fù)合材料是碳纖維及其應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。對復(fù)合材料企業(yè)進行有效投資，不僅能促進碳纖維及其應(yīng)用的雙向發(fā)展，還有利于培養(yǎng)和形成復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)群。國際上也有復(fù)合材料企業(yè)對碳纖維企業(yè)進行收購的案例。

④當下，我國迫切需要建立一個具有公信力及號召力的業(yè)界協(xié)會組織，來規(guī)范和約束市場的自律機制，遏制市場競爭中的惡性行為，如低價廝殺等，有效地保護企業(yè)自身利益、行業(yè)規(guī)范甚至國家新興的高科技產(chǎn)業(yè)集群，使其有更廣闊的發(fā)展空間，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)振興、超越世界、中國偉大復(fù)興的中國夢！

結(jié)語

碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用如能在上述領(lǐng)域中進行有效穩(wěn)定地實施，將會系統(tǒng)地提高我國材料行業(yè)的水平，促進碳纖維在我國的應(yīng)用，能使其有更好的發(fā)展前景。

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