碳纤维复合材料的应用分析

碳纤维复合材料的应用分析

雷杨

西安飞机工业（集团）有限责任公司，陕西省西安市， 710089

摘要：随着我国整体经济的飞速提升，现阶段碳纤维制备技术不断被创新与完善，该领域发展至今已经趋于稳定，并且能够生产出成本较低且质量较好的碳纤维复合材料。碳纤维复合材料具有强度较高、弹性模量较高、且耐高温、耐腐蚀等特征，由于其物理化学优势非常多，因此在现阶段被广泛运用我国各行各业的生产制备领域中。本文将以碳纤维复合材料作为研究主题，分析碳纤维复合材料的性能，探讨碳纤维复合材料的应用路径。

关键词：碳纤维；复合材料；应用分析

前言：碳纤维复合材料最早源于1940年－1945年，最早是由美国开始研发并制造出来。在1950年，美国相关研发人员在2000摄氏度的高温环境中，通过牵引人造丝设备，得到了碳纤维复合材料。自此之后，碳纤维复合材料被世界各国广泛关注并投入了大量研发成本对其进行研究。在1969年，日本一家研发公司成功研发出具有高比强度以及高比模量的碳纤维复合材料。发展至今。该种材料的生产与研发，仍然由美国与日本主导，占领了碳纤维复合材料行业市场的三分之二的份额。

1、碳纤维复合材料的性能

碳纤维复合材料在人们日常生活中具有非常广泛的应用路径，其中较为普遍的是纺纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等等，在各行各业都能够见到碳纤维复合材料的应用。与普通的纤维材料相比，碳纤维复合材料其自身的密度比传统纤维材料的密度更低，因此在体积相同的状态下，运用碳纤维复合材料的模型往往质量更轻，在运输环节、生产环节、应用环节中都具有非常明显的优势。并且碳纤维复合材料还具有耐高温、耐腐蚀等特征。由于其具有较高的抗腐蚀能力，因此被广泛应用于化工生产环节中。但碳纤维复合材料亦具有一定的缺陷，即其抗氧化能力相对较差，并且自身刚度较低，一旦受到外力则极容易出现折断现象。因此，在碳纤维复合材料的使用过程中，往往需要将其与金属、水泥或树脂等材料进行融合，形成全新的碳纤维复合材料，方能够有效弥补其自身所具有的缺陷。现阶段随着该领域的研发技术逐渐成熟，该种材料已经在我国多个生产制备领域中普遍应用，并将其自身的优势完全凸显出来。

2、碳纤维复合材料的应用路径

2.1碳纤维复合材料在航空领域中的应用

碳纤维复合材料其主要由高含量的碳元素与树脂以及陶瓷等物质经过加工处理后复合而成的一种全新的增强型的碳纤维复合材料。由于该种材料其自身优势较多，且具有非常小的比重以及超高的强度，因此成为当前我国航空航天生产制造领域中应用的重要原材料^[1]。在航空航天领域中，该种材料可用于卫星的制造结构中、运载航空火箭结构中的原材料中。并且在航空航天领域中的空间站中，亦能够将其作为原材料，在空间站内一些大型结构桁架中或太阳能电池机架中应用。

2.2碳纤维复合材料在电力行业以及通信行业的应用

随着我国工业领域的飞速的发展，以及我国城市化进程的不断提升。现阶段城市生产生活中对电力需求量愈来愈高，因此电力输送压力逐渐增大。在此过程中，如电力传输的容量过大，则会造成线路的超负荷运行，最终造成电力输送中断、发生电力故障等后果。在此背景下，将碳纤维复合材料运用在电力运输过程中，能够有效解决传统电力输送线路中所存在的弊端。并且由于碳纤维复合材料具有良好的导电性能，因此将碳纤维复合材料运用在电力运输领域中会有效降低电流在运输过程中产生的损耗，因此碳纤维复合材料已经成为现阶段被广泛应用的电力输送材料^[2]。与此同时，由于该种材料其自身具有非常良好的电热转化率，且不会在高温环境下发生氧化现象，因此是一些性能规格较高的电缆以及电线的主要生产原材料，在电力运输领域中以及通信领域中都得到了良好的发展与应用。

2.3碳纤维复合材料在生物医学中的应用

碳纤维复合材料在生物医学中的运用主要是指其衍生的碳纳米复合材料。该种材料属于一种新型的高分子材料，现阶段已经逐渐被运用在生物医学的领域中，在该领域中，相关工作人员可运用碳纳米管内部呈孔隙状的特征，将存储在碳纳米管中的药物的药性完全激发出来，进而有效实现在医疗行业内对疾病的治疗^[3]。与此同时，该种材料可用于一些特殊的医疗器材的制造中，其中包括人造骨骼、以及不同类型的输液器材等。由于该种材料具有诸多优势，且具有非常良好的生物相容性，因此在未来的生物医学领域中，亦具有非常明朗的发展前景。

2.4用于建筑行业

碳纤维复合材料在建筑行业内具有非常广泛的使用路径，在现阶段的建设工程中，碳纤维复合材料已经成为不可缺少的建筑原材料，该种材料由于其自身具有非常多的物理特性优势以及化学特性优势，因此在公路、隧道等工程建设项目中常被运用在对工程项目的加固环节中。由于碳纤维复合材料自身密度非常小，因此与钢材材质相比较，相同体积的两种不同材质的建筑构件，碳纤维复合材料材质的构件的质量要比钢材材质的构件质量低一倍，且两者的刚度却几乎相等。并且由于碳纤维复合材料生产而成的建筑构件其安装操作非常简单，运用该种材料能够大幅度提升建筑项目的施工效率，降低施工周期，因此发展至今，已经成为建筑行业内非常重要的建筑原材料，被不同类型的工程建筑项目广泛应用。

结束语：综上所述，碳纤维复合材料是一种比较先进的高性能复合材料，该种材料的物理特性的优势以及化学特性的优势是其他材料无法比拟的。因此，在航空航天领域、电力通信领域、工程建筑领域以及生物医疗医学领域都得到了不同程度的应用。在日常生产生活中。一些家用电器、智能无线设备以及体育用品，都或多或少地运用了碳纤维复合材料，随着科学技术的不断进步以及该领域研发能力的不断增强，相信在不久的将来，碳纤维复合材料的性能能够得到不断的优化与提升，并且具有更好的应用前景。

参考文献：

[1] 马晓坤、王瑞、侯建峰、程哲、王海东. 基于汽车轻量化的碳纤维复合材料应用分析[J]. 化工新型材料， 2020, v.48;No.578(11):228-231.

[2] 龙巍， 郑学林， 臧建彬. 基于碳纤维复合材料热性能的研究进展综述[J]. 应用化工， 2019, v.48;No.331(09):239-243.

[3] 尹正军. 碳纤维复合材料的特性与切削加工刀具分析[J]. 黑龙江科技信息， 2020, 000(014):7-8.