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碳纤维增强树脂基复合材料的应用及展望

摘要：现阶段，社会进步迅速，在机械行业的发展过程中，目前复合材料的制

造主流为轻量化、绿色环保，这种材料的应用领域较为广泛。我国自主研发并得

到应用的轻量化材料主要有：高性能钢材、轻质铝合金、高强度塑料以及一些复

合型材料，其中复合型材料主要以纤维增强树脂基复合材料为主。在实际发展中，

碳纤维增强树脂基复合材料具有质轻、强度高、耐热性能好、可塑性强、耐腐蚀

等特点，逐渐应用到汽车行业、航天航空行业等，显著提升了行业的整体质量和

性能强度，在一定程度上推进了行业的发展。但是由于碳纤维增强树脂基复合材

料的价格比较昂贵，在一定程度上限制了其在各个行业的推广应用，针对这种现

状我国加大了对碳纤维增强树脂基复合材料的研发力度，不仅增强了对科研人员

培训，还设定了专门的研发基地，为扩大材料的使用范围而努力奋斗着。

关键词：碳纤维；树脂基复合材料；应用及展望

引言

碳纤维称之为“21世纪新材料之王”，是国防建设不可或缺的战略材料，作为

武器装备的基础性原材料，已成为国家“十三五”战略性新兴产业的发展重点。开

展碳纤维材料的应用研究对于提高我国的综合国力，实现材料强国的战略方针，

具有划时代的意义。碳纤维是一种含碳质量分数在95%以上的的特种纤维，具有

高强质轻，耐疲劳、耐腐蚀，导电导热、电磁屏蔽性等优异性能，外形柔软，可

加工成各种织物。按照加工原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、

沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维等。市场90%以上的碳纤维都是以聚丙烯腈纤维为

原材料，在高温惰性的气体环境中，经过氧化、碳化等工艺制成的无机高分子纤

维。同英国、美国、日本等发达国家相比，我国的碳纤维研发起步较晚，但在国

家政策的引导下，已进入到快速发展阶段，诞生了以威海光威复合材料股份有限

公司、中复神鹰碳纤维有限公司、江苏恒神股份有限公司为代表的骨干企业。目

前，国产的T300，T700，T800，M40J级别的碳纤维性能及表观质量已达到日本

东丽公司同级别产品的性能水平，且部分产品已应用到国防军工领域;T1000级别

碳纤维已取得突破性进展，百吨级生产线可实现投产;M55J级别高强高模的制备

技术已取得重大突破，部分企业正在开展工程化的技术攻关及后续生产的稳定性

研究。

碳纤维增强树脂基复合材料的1概括

复合材料是指两种或者以上的不同材料通过专门的工艺和制造方法，将其进

行融合而成，复合材料具有高强度、高性能等特点，被广泛应用与社会生产生活

中，目前我国复合材料主要发展方向结构型复合材料。碳纤维结构较为细腻，同

时也是一种新型材料，目前运用碳纤维的复合材料主要有聚丙烯腈基碳纤维和沥

青基碳纤维、碳纤维增强树脂基复合材料等。碳纤维增强复合材料（CFRP）是我

国当前最先进的复合材料之一，其最大优势是可以兼顾碳纤维与基体性能，同时

也是一种能优化工程结构、具有高强性能的功能性材料之一。其具有耐高温、耐

腐蚀、高强度、轻质、可塑性强等特点，在汽车、航空、军事、卫星等方面应用

较多。随着时代复合材料合成技术不断完善，现阶段碳纤维增强树脂基复合材料

只在人造卫星、航空航天、军事、汽车、船舶等方面得到了应用，而在其他领域

应用较少，主要原因是因为其价格较昂贵。

2CFRP的特点

CFRP属于各向异性材料，与金属类其他材料相比，其某些性能更为优异。

（1）低密度。CFRP密度仅为1.5~2g/cm3，相比金属、金属合金而言，其密度大

大降低。（2）比强度、比模量高。其比强度是钢材的5倍，而其比模量则是其

他结构材料的1.2倍左右，这充分说明了CFRP在轻质高强方面的优越性。（3）

耐高温性能好。在400℃时，铝合金的弹性模量近似为0，强度也急剧下降，而

CFRP的强度和弹性模量基本无变化。（4）良好的耐疲劳性能。金属材料的疲劳

强度极限通常为拉伸强度的40%~50%，而CFRP的疲劳极限可以达到拉伸强度的

70%~80%。（5）良好的抗腐蚀性。CFRP的表面是一层高性能的树脂材料，故其

具有良好的耐酸、耐碱及耐油等性能。（6）材料的可设计性。CFRP的各向异性

给设计带来较多的可选择性，可通过选择合适的铺层方向和层数以获得具有相对

最佳性能的CFRP。

碳纤维增强树脂基复合材料的应用及展3望

在3.1汽车领域中的应用

随着时代的不断发展，现阶段汽车设计