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（hé）材料使用，碳纖維複（fù）合材料（liào）作為結構件或功能件現已（yǐ）廣泛應用在航空航天、工業（yè）和體育休閑用品三大領域。
碳纖維以其質輕、高（gāo）強度、高（gāo）模量、耐（nài）高低溫和耐腐蝕等特點最早應用於航天及國防領域，如大型飛機、軍用飛機、無人（rén）機及導彈、火箭（jiàn）、人造衛星和雷達罩等，且航空航（háng）天領域用碳纖維的性能等級相對而（ér）言是最高（gāo）的。
在工業（yè）領域（yù），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、工業器材和土木建築（zhù）等。
在體育休閑用品領域，高爾夫球杆和釣魚竿最早獲得應用（yòng），近年來，自行車、網球拍、羽毛球拍等體育用品也越來越（yuè）多的使用碳纖維材料（liào），一般（bān）使用T300級碳纖（xiān）維就可以滿（mǎn）足需求，但為了提升（shēng）產品性能，部分部（bù）件也已開始使（shǐ）用T700級甚至更高性能碳纖維（wéi）。
從（cóng）國際市場來看，2014年全球碳纖（xiān）維需求量約5.4萬噸，2015年達7.4萬（wàn）噸，2016年8.3萬噸。近8年，碳纖維需求量的複合增長率（lǜ）達8.9%，未來年（nián）均增長（zhǎng）率（lǜ）將超過（guò）10%，2020年需求（qiú）量將（jiāng）超過13萬噸（dūn）。
2015年，碳纖維的主要的下遊應用是航（háng）空航天1.78萬噸/24%、汽車1.11噸/15%、風電（diàn）葉片1.63萬噸（dūn）/22%、體育休閑0.89萬噸/12%，合計5.4萬噸，占比73%。未來隨著碳纖維複合材料成型技術的不斷發展，下（xià）遊應用領（lǐng）域的（de）不斷開（kāi）拓，尤其是航空、汽車（chē）、風電葉片的強勁增長以及（jí）其（qí）帶動作用，
2. 航（háng）空航（háng）天領（lǐng）域
碳纖維複合材料得以在航空航（háng）天工業中大規模應用，不僅因為它能夠實現減輕飛行器（qì）重量、節約能源、增強巡航能（néng）力的（de）目標，還要歸功於它擁有較高的強度和耐（nài）腐（fǔ）蝕、抗疲勞等理化特性。
2015年（nián）航空航天領（lǐng）域對碳纖維的需求量達到1.78萬噸（dūn），其中（zhōng）僅商用飛機的需求即占68%的比例，是目前航空工業中對碳纖維（wéi）需求最（zuì）大（dà）的市場。結合（hé）全球碳（tàn）纖維發展情況和航空航天領域對碳纖維的需求情（qíng）況，2020年需求量可能達到2.7萬噸。軍用飛機和（hé）商用飛機的需求在2011年為7,010噸，到（dào）2015年增長至14,100噸，年均複合增長率為16.9%，預計到2020年需求量將增至19,600噸，年均複合增長率（lǜ）為8.4%。
航空航（háng）天領域對碳（tàn）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應用比例（lì），二是新增的飛（fēi）機訂單，預計（jì）2020年，航空航天對碳纖維（wéi）的需（xū）求（qiú）將達到2.7萬（wàn）噸。
民用航空方麵，碳（tàn）纖維複合材料自20世紀70年代首次被應用在飛機上的一些（xiē）二級結構，如（rú）整流罩、控製儀表盤和機艙門;近三十年來，碳纖維（wéi）複合材料的使用逐步（bù）進入到機翼、機身（shēn）等受力（lì）大、尺寸（cùn）大的主（zhǔ）承力結構中。
目前世界兩個最大（dà）的客機——波音和空客，均采（cǎi）用碳纖維結構（gòu），平均可（kě）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（tàn）纖維增強複合材料CFRP。空客A350全機身53%的重量使用碳（tàn）纖維增強複合材料（liào）CFRP。
軍（jun1）用航空方麵，碳纖（xiān）維（wéi）複合材料（liào）得到了國內外的充分重視。目前複（fù）合（hé）材料已經應用在（zài）戰績機身、主翼、垂尾翼、平尾翼（yì）及蒙皮等（děng）部位，起到了（le）明顯減重作用。根據中國材料研究學會的數據顯示，采用（yòng）複合材（cái）料（liào）的前機身段，可比（bǐ）金屬結構減輕質量31.5%，減少零件61.5%，減（jiǎn）少緊（jǐn）固件61.3%。例如，美國不斷在先進戰機中提升碳纖維複合材料的使用比例，從F-15E的2%，F-18E的19%，到第四代戰鬥（dòu）機F-22中使用24%的（de）碳纖維（wéi）複合材（cái）料。
此外（wài），近年來無人機(UAV)包括無人作戰機(UCAV)發展迅速（sù），由（yóu）於低（dī）成本、輕結構、高機動、大過載、高隱身、長航程的技術特點，決定了其對（duì）減重的（de）迫切需求，複（fù）合材（cái）料的使用比例基本是所有航空器中最高的，美國（guó）全球鷹(GlobalHawk)高（gāo）空長（zhǎng）航時無人偵察機共用複合（hé）材料達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”上都運用了（le）90%的（de）複合材（cái）料。近年來無人機除（chú）廣泛用於軍事用途外，在（zài）災情巡（xún）邏、環境監控、大地測量空中攝影及氣象觀察（chá）等民用領域的用途越來越廣，隨著這些飛機逐漸形成批量生產，複合（hé）材料在無人機上的用量會繼續增加。
在航天領域，碳（tàn）纖維複合材（cái）料不僅符合航天技術對結構（gòu）材料減輕質量的要求，還符合對結構材（cái）料具有高比模量和高比（bǐ）強度的要（yào）求，具（jù）有性能和功能的可設（shè）計性，被大量應用。此外，航（háng）天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤，因此，在航空航天工業（yè）中普遍采用（yòng）先進的碳纖維複（fù）合材料。美國、歐洲的衛星結構（gòu）質量不到總重量的10%，原因（yīn）就在於廣（guǎng）泛使用了高性能複（fù）合材料。目前衛星的微波通信係統、能源係統和各種支撐結構件（jiàn）等已經基本做到了（le）複合材料化。在（zài）運載火箭和戰略導彈方（fāng）麵，碳纖維複（fù）合材料以其優異的性能得到（dào）了較好的應用與發展，先後成功用於“飛馬座”、“德爾塔”運載火箭、“三叉戟”Ⅱ(D5)、“侏儒”導彈等型號;美國的戰（zhàn）略導彈MX洲際（jì）導彈，俄羅斯戰（zhàn）略導彈“白楊”M導（dǎo）彈均（jun1）采用先進複合材料發（fā）射（shè）筒。
3. 汽車領域
隨著排放標準趨嚴及低碳生活被人們普遍接受，節能減排已成為汽車（chē）工業的重要研究課題，在能源革新有限的情況下，輕量化是解決問題的關鍵之一（yī）。
2015年全球汽車總銷量為8,910萬（wàn）輛，相比2014年的（de）8,717萬輛增幅為2.2%，預計（jì）2020年產能（néng）將達到1億輛。2015年全球碳纖維汽車市場需（xū）求量達到了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%，將成為增長最快和需求最大的領域之一。
1) 超跑（pǎo）——最先引入碳纖維
汽車行業引入碳纖維複合材料的原因主要是相比傳統鋼（gāng）材和鋁材，碳纖維的剛度更（gèng）強，但重量更輕。但碳纖維材料因（yīn）為高成本、生產周期（qī）長，以及供應鏈不穩定（dìng）等，汽車行業最先是在低產量（liàng）、價格昂貴的超級跑（pǎo）車上使用。
1981年麥克拉倫公司最先在其F1賽車MP4/1上使用了（le）一體式碳纖維車架。2000年後（hòu）法拉利（lì）、蘭博基尼等超級跑車製造（zào）商也開始在使用碳纖維複合材料造車。其他汽車廠商使用（yòng）碳纖維材料也大多是在部分車身配件和內飾（shì）上使用，其目的（de）更多是為了減輕重量、突出高端運（yùn）動車性能（néng）。
2) 減重——碳纖維需求增長驅動力
政府製定嚴格的車（chē）輛燃料經濟性標準和二氧化碳排放法（fǎ）規，是汽車選（xuǎn）擇碳纖維複合（hé）材料的重要（yào）推手（shǒu）。車（chē）身整體重量的減（jiǎn）輕（qīng）是非常有效的控製尾氣排（pái）放的手（shǒu）段。汽車（chē）重量每降低100公斤，排放量可下降20g/km，普通車需減重（chóng）245kg才能達到要求的排放標準，電動車需減重50%以上。在（zài）所有輕量化材料中，碳纖維複（fù）合材料是（shì）唯一能將鋼質零部件減重50~60%，並保持（chí）同等強度的先進材料。
各國近幾年均發布了二氧（yǎng）化碳的排放標準。美國於2010年4月和（hé）2012年8月分別發布了針對2012-2016(第一（yī）階段)和2017-2025(第二階段)的輕型汽車燃（rán）料（liào）經濟性及溫室氣體排放規定，要求2025年美國輕（qīng）型汽車的平均燃料經濟（jì）性達到54.5mpg。《輕型汽車汙染（rǎn）物排放限值（zhí）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（zhèng）式發布，將從2020年起正式實施（shī）。標準要求，我（wǒ）國2015年CO2排（pái）放為（wéi）155g/km，2020年需降至112g/km;2015年平均油耗為6.9L/(100km)，2020年需減至5.0L/(100km)。
3) 規（guī）模化、產業（yè）一體化整合——寶馬引入碳纖（xiān）維結構（gòu）件
目前，世界各主要汽車廠商，包括寶馬、奔馳、奧（ào）迪、通用（yòng）、福特等，都紛紛布局碳纖維產業，並逐步推出導入碳纖維技術的車型。其中，以寶馬公司最為（wéi）突出。德國寶馬公司積極購入（rù）上遊碳纖維工廠股份，與西格裏(SGL)成立碳纖維合資公司，聯合開發碳纖維增強複合材料，將碳纖維科技大量運用在（zài）寶馬量產車款上，不僅保證（zhèng）了供應商的穩定，縮短生（shēng）產周（zhōu）期，同時也（yě）將成本降低了30%。
截至2015年，寶馬集團（tuán）車用碳纖維的年（nián）產能達到9000噸。寶馬汽車在中遊三十多種（zhǒng）零部件使用了碳纖維（wéi）複合材料，其（qí）中（zhōng）隔（gé）音板（bǎn）、前端支架和座椅結構（gòu）占比最高。
2014年寶馬i3全碳纖維車身電動車量產，成為第一個大批量使（shǐ）用碳纖維作為（wéi）車身（shēn）材（cái）料的整車廠商。寶馬i3整（zhěng）車重量僅為1195公斤，相比傳統電動車減輕250-350公斤，同時具備最高性能（néng）的碰撞安全保護，電池容量僅20kwh，續航裏程達160公裏，比傳統電動車（chē）續航裏程提高52%。此外，寶馬i8將碳纖維應（yīng）用到車身和內（nèi）飾（shì）中（zhōng），使（shǐ）車身總重控製（zhì）在1,540公斤。2015年7月1日，全新第（dì）六代BMW7係汽車在丁格芬工廠正式投產，這是寶馬核（hé）心產品（pǐn）中第一款實現將工業製造的碳纖維（wéi）材料、高（gāo）強度（dù）鋼材和鋁材完美組合應用到車身的車型。
4) 總結—碳纖維應（yīng）用（yòng）在汽車領域
1) 輕量化。碳纖維應用於汽車後，給汽車製造帶來最明顯（xiǎn）的好（hǎo）處就是汽車輕量（liàng）化，最直接影響的就（jiù）是節能、加速、製動性能的提升。一般而言，車重減小10%，油（yóu）耗（hào）降低6%～8%，排放降低5～6%,0-100km/h加速性提升8-10%，製動距離縮短2～7m。
2) 安（ān）全性。車身（shēn）輕量化可以使整車的重心下移，提升了汽車操縱穩（wěn）定性，車輛的運行將更加安（ān）全、穩定。碳纖維複合材料具有極佳的能量吸收率，碰撞（zhuàng）吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三（sān）到（dào）四倍，這進一步保證了汽車的安全性。
3) 可靠性。碳纖維複合材料具有更（gèng）高的疲勞強度，鋼和鋁的疲勞強（qiáng）度是抗拉強度的30-50%，而碳纖維複合（hé）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（liào）疲勞可（kě）靠性有較大提升。
4) 減少研發周期。由於碳纖維複合材料可設計性比金屬強（qiáng），因此更易於車身開發的平台化、模塊化、集成化。這（zhè）樣碳纖維車（chē）身及金屬平（píng）台的混合車身結構對於傳統汽車車（chē）身結構而言，可以做到（dào）模塊化（huà）、集成化，大（dà）大減少零件種類，減少工裝投入，縮短開發周期。
4. 風電（diàn）葉片領域
風力作為清（qīng）潔（jié）能源的代表之一，先於光（guāng）伏發電受到全球各國的青睞。自20世紀80年代商業化發展（zhǎn）以來，經曆了全球化的（de）高速（sù）增長。截至2015年底，全球累計裝（zhuāng）機容量達到432.42GW，累計（jì）年增長率17%，根據GWEC的預測（cè），全球風電累計裝機（jī）容量將從2014年的369.6GW增加至（zhì）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，如拉美、非洲（zhōu）等地開拓市場之外，低速風（fēng）機和海（hǎi）上風機（jī）將逐（zhú）漸成為行業熱點。
2015年碳纖維在風能上的應用為16300噸，預計2020年達到30000噸，年均複合增長率為8.1%。
風力發電是（shì）世界可再生能源（yuán）增長最快的領域，風力發電葉片被普遍認為是高性能碳纖維最重要的（de）增長市場，特別是製（zhì）造超大型風電機組所需葉片(2.5MW風（fēng）電機組（zǔ）葉（yè）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（yòng）輕而強、剛而硬的高性能碳纖維複合材料，保證結構強度的同時避免葉片在風載作（zuò）用下發生（shēng）大變形甚至撞擊風車支柱。
出於經濟性考慮，當前主流（liú）的（de）葉片為玻璃鋼材質(GFRP)。風（fēng）電機組（zǔ）的大型化和海上化都將極大地拉動對（duì）碳纖維葉片的需求增長。海上化的風力發電在要求葉片長（zhǎng）度增加的同時，還要求（qiú）葉片具有（yǒu）良好的抗腐蝕（shí）性與抗疲勞性，這些都是碳纖維葉片的獨特優勢。由此觀之，高速擴張的大型風機市場將為碳纖維風（fēng）力葉片的發展提供廣闊的增長空間（jiān）。根（gēn）據測算，40米以上的風電葉片（piàn）中關鍵結構如梁帽、主梁（liáng）使用碳纖維複（fù）合材料一方麵可使葉（yè）片自重減少（shǎo）38%，成本降低14%;另（lìng）一（yī）方麵提高葉片抗疲勞（láo）性能（néng），提高輸出功率，以碳纖維為材質（zhì）可（kě）更容易生產出（chū）大直徑和自適應的風電葉片。
5. 體育休閑領域
2015年年底，全球體育休閑市場碳纖維的用量為0.89萬噸，約占總需求的12%，預計到（dào）2020年將到達1.7萬噸，到2024年將（jiāng）超（chāo）過1.9萬噸（dūn），年均複合增長率（lǜ）為2.3%，整體來看產業規（guī）模較（jiào）為穩定，市場趨於飽和，暫時不會具有拉動碳纖維產業規模爆發式增長（zhǎng）的動力。
碳纖維在體育休閑市場中，主要使用（yòng）在高（gāo）爾夫（fū）球杆（gǎn）、曲棍（gùn）球棍、網球拍、釣魚竿、自行車架、滑雪板（bǎn）、賽艇等高端休閑體育（yù）市場。
6. 壓力容器領域
采用碳纖維複合材料纏繞而成（chéng）的氣（qì）瓶，有質量輕、承載能力強、抗爆性（xìng）能好（hǎo）、製（zhì）造成本低等優點。目前（qián），大多數（shù）常用的壓力容器為鋼（gāng）製，在力學性（xìng）能方麵有（yǒu）較大局限性;對於高壓容器來說，隻能靠增加壁厚來提高承載性能。而新型碳纖（xiān）維複合材料壓力容器，采用很薄的金屬或非金屬內膽，采用比強度較高的碳纖（xiān）維纏繞而成，在提高壓力氣瓶承載能（néng）力的同時，重量可比同容積的金屬氣瓶減輕50%。在安全性能（néng）上，由多層纖維纏繞而成的壓力（lì）氣瓶即使在內膽出現泄露的情況下，纖維層（céng）仍可保證氣瓶（píng）的安全運行，有足夠的時間進行應急處理。在製作程序（xù）上，相對鋼製容器的複雜工藝，碳纖維（wéi）氣瓶製造工藝要（yào）簡單（dān）得多，通常采用專用數控纏（chán）繞（rào）機在鋁內膽外層纏繞碳（tàn）纖維，精度很高，節約成（chéng）本。
碳纖維纏繞氣瓶的應用主要包括車用壓縮天然氣氣瓶、航空航（háng）天動力係統用輕量化壓力容器和氣（qì）體運輸用高壓容器。近年來，市場對壓力容器需求量的增長愈發樂觀。原因之（zhī）一是燃料（liào）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（lái）對高壓氫氣瓶的強勁需求。其二是歐美興起的頁岩氣收集產業，頁岩氣的運輸、貯藏都需要安全（quán）、穩定、經濟的高壓氣瓶，由此對碳（tàn）纖維壓力容器的需求產生推（tuī）動作用。盡管目前壓力容器（qì）的市場不大，但卻有著（zhe）較（jiào）大（dà）的增長空間。
資料來源：中塑在線

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