碳纤维一般不是单独使用,而是以复合材料的形式被使用。

详细介绍

复合材料指的是两种或两种以上材料复合而成具有一定的特殊功能和结构的新型材料,可理解为:基体材料+增强材料,其中基体材料多为树脂,陶瓷,金属,橡胶等材料,增强材料常为碳纤维。

碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)是一种人工合成的纤维,由聚丙烯腈(PAN)(或沥青、粘胶)等采用高温分解法在1000摄氏度以上高温的惰性气体下碳化(其结果是去除碳以外绝大多数元素)制成,含碳量通常在90%以上。

碳纤维材料具有质轻、强度高、密度小、比强度高、耐超高温、耐腐蚀、热膨胀系数小,导热系数大等优良特性。“轻质高强”是其最主要特色,其抗拉强度和比强度已经大大超过了钢铁,特别适用于各类运输类材料,是制造航天航空等高技术器材的优良材料。


碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)是一种人工合成的纤维,由聚丙烯腈(PAN)(或沥青、粘胶)等采用高温分解法在1000摄氏度以上高温的惰性气体下碳化(其结果是去除碳以外绝大多数元素)制成,含碳量通常在90%以上。

碳纤维材料具有质轻、强度高、密度小、比强度高、耐超高温、耐腐蚀、热膨胀系数小,导热系数大等优良特性。“轻质高强”是其最主要特色,其抗拉强度和比强度已经大大超过了钢铁,特别适用于各类运输类材料,是制造航天航空等高技术器材的优良材料。


• 2017至2022年全球体育休闲碳纤维需求量平稳增长。2022年达到1.8万吨以上,预计增长趋势会继续保持,2017至2030年间需求年均复合增长率达到11.1%。从细分市场的角度看,钓鱼竿、高尔夫球杆和自行车架是碳纤维需求的大头。

碳纤维一般不是单独使用,而是以复合材料的形式被使用。(图1)


碳纤维常在复合材料中作为增强材料以实现工业化应用。以树脂、陶瓷、金属等为基体,以碳纤维为增强体,复合而成的碳纤维复合材料是目前
世界上最先进的复合材料之一 ,可用来增强金属基体和非金属基体。碳纤维及其复合材料与其他金属及合金类材料相比具有明显优势:
高模量碳纤维复合材料的单项材料比模量通常比铝合金大5-7倍,所制备的结构件可满足高刚度需求;
以高模量碳纤维为增强材料,通过合理的复合材料结构设计可获得热膨胀系数几乎为零的材料,满足高低温交变的应用场景中尺寸稳定性
要求;
碳纤维比重小,可满足结构件轻量化要求。

碳纤维行业是国家战略新兴产业 ,具有广阔的发展前景。近年在风电叶片、体育用品等领域得到广泛应用,市场规模一直保持增长趋势。2017
年至2022年间年均复合增长率高达27.4%。中国碳纤维产量也持续扩大 ,从2019年的1.2万吨扩大至2023年的6.96万吨。

碳纤维的制造工艺较为复杂,通常包括以下步骤:
原材料预处理:对聚丙烯腈(PAN)等原材料进行提纯和预处理。
预氧化:在一定温度和气氛下进行处理,使其化学结构稳定。
碳化:在高温无氧环境下,将预氧化后的纤维转化为碳纤维。



• 碳纤维在体育休闲市场中,主要应用于钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车架、网球拍、曲棍球棍、滑雪板、赛艇等高端体育休闲领域,多使用大丝束碳纤维。碳纤维复合材料制作的高尔夫球杆比金属杆减重近50%,碳纤维自行车较铝材减重40%且实现更高的车架精度。


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