碳纖維是最重要的無機(jī)高性能纖維，這點(diǎn)是由其材料本性、產(chǎn)業(yè)技術(shù)復(fù)雜性、應(yīng)用領(lǐng)域重要性和市場(chǎng)規(guī)模性等因素決定的。碳纖維最主要的應(yīng)用形式是作為樹脂材料的增強(qiáng)體，所形成的碳纖維增強(qiáng)樹脂（CFRP）具有優(yōu)異的綜合性能，其在空間平臺(tái)和運(yùn)載火箭，航空器，先進(jìn)艦船，軌道交通車輛，電動(dòng)汽車，卡車，風(fēng)電葉片，燃料電池，電力電纜，壓力容器，鈾濃縮超高速離心機(jī)，特種管筒，公共基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)設(shè)備，體育休閑產(chǎn)品，以及時(shí)尚生活用具等十六個(gè)領(lǐng)域，有著實(shí)際和潛在的應(yīng)用。下文將對(duì)上述領(lǐng)域中碳纖維的應(yīng)用及其近期的技術(shù)進(jìn)展加以綜述。

1 CFRP作為空間平臺(tái)和運(yùn)載火箭的關(guān)鍵材料

碳纖維是現(xiàn)代宇航工業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，具有不可替代性。CFRP被廣泛應(yīng)用于、空間平臺(tái)和運(yùn)載火箭等航天領(lǐng)域。CFRP主要用于制造彈體整流罩、復(fù)合支架、儀器艙、誘餌艙和發(fā)射筒等主次承力結(jié)構(gòu)部件；在空間平臺(tái)應(yīng)用方面，CFRP可確保結(jié)構(gòu)變形小、承載力好、抗輻射、耐老化和空間環(huán)境耐受性良好，主要用于制造空間站的承力筒、蜂窩面板、基板、相機(jī)鏡筒和拋物面天線等結(jié)構(gòu)部件；在運(yùn)載火箭應(yīng)用方面，CFRP主要用于制造箭體整流罩、儀器艙、殼體、級(jí)間段、發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯和噴管等部件。目前，CFRP在航天器上的應(yīng)用已日臻成熟，其是實(shí)現(xiàn)航天器輕量化、小型化和高性能化不可或缺的關(guān)鍵材料。

2 CFRP作為航空器的結(jié)構(gòu)材料

在大型先進(jìn)飛機(jī)中，CFRP被廣泛用作主承力結(jié)構(gòu)材料。且在近期研制成功的新型飛艇中，CFRP也被用做結(jié)構(gòu)材料。

20世紀(jì)70年代中期的石油危機(jī)是碳纖維應(yīng)用于飛機(jī)制造的直接原因。為緩解能源危機(jī)，當(dāng)時(shí)的美國(guó)政府啟動(dòng)了“飛機(jī)節(jié)能計(jì)劃”?，F(xiàn)代飛機(jī)機(jī)身采用鋼、鋁、鈦等金屬和復(fù)合材料制成。為節(jié)約燃油和提高運(yùn)營(yíng)效益，減輕機(jī)身質(zhì)量一直是飛機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)中的核心挑戰(zhàn)之一。而CFRP在飛機(jī)機(jī)身制造上的成熟應(yīng)用為減輕飛機(jī)機(jī)身質(zhì)量提供了有效的途徑。

正在研制的波音777X型飛機(jī)和剛投產(chǎn)的波音787型飛機(jī)，機(jī)身復(fù)合材料的用量都達(dá)到了50%。波音777X型飛機(jī)是波音公司以波音777飛機(jī)為基型，正在開發(fā)的一種大型雙引擎客機(jī)，計(jì)劃首架飛機(jī)于2020年交付投入運(yùn)營(yíng)。波音777X飛機(jī)的主翼由CFRP制成，其翼展長(zhǎng)約72m（235英尺），是目前客機(jī)中翼展最長(zhǎng)的機(jī)型之一。翼展越長(zhǎng)，升力越大，因此，波音777X的單座燃油消耗和運(yùn)營(yíng)成本都非常有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，CFRP機(jī)翼不僅強(qiáng)度高、柔性好，且末端可折疊，這樣多數(shù)機(jī)場(chǎng)都能滿足其寬翼展的停機(jī)需求。波音787飛機(jī)的主翼和機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)都采用日本東麗公司的碳纖維預(yù)浸料制造。2005年11月，東麗公司與美國(guó)波音公司簽署了一項(xiàng)為期10年的協(xié)議，為波音787夢(mèng)想號(hào)飛機(jī)提供碳纖維預(yù)浸料。2015年11月9日，東麗公司宣布與美國(guó)波音公司達(dá)成綜合協(xié)議，將為波音公司生產(chǎn)的787和777X兩型飛機(jī)提供價(jià)值約110億美元的碳纖維預(yù)浸料。波音公司計(jì)劃提高787飛機(jī)的月產(chǎn)量，將從2015年的10架提高到2016年的12架、2020年的14架；同時(shí)，大型模塊的比率也將提高，這將極大地促進(jìn)對(duì)CFRP的需求。為保證波音787飛機(jī)月產(chǎn)量達(dá)12架后的材料供應(yīng)，位于美國(guó)華盛頓州塔科馬市的東麗復(fù)合材料（美國(guó)）公司已于2016年1月完成了擴(kuò)產(chǎn)；同時(shí)，日本東麗公司決定投資約4.7億美元，在其收購(gòu)的斯帕坦堡縣廠區(qū)內(nèi)建設(shè)包含原絲、碳纖維和預(yù)浸料在內(nèi)的一體化生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能為2 000 t，以用于研發(fā)波音777X飛機(jī)和滿足月產(chǎn)14架波音787飛機(jī)的需求。

2016年8月17日，英國(guó)剛研制的“空中之戀10號(hào)”大型飛艇完成了其首航。這架飛艇是一種輕于空氣的航天器，被設(shè)計(jì)用來執(zhí)行偵察、監(jiān)視、通信、貨物與救援物資的運(yùn)輸，以及乘客交通等。該飛艇采用日本可樂麗公司生產(chǎn)的聚芳酯織物作蒙皮，蒙皮內(nèi)充滿了帶壓氦氣；其形狀結(jié)構(gòu)材料采用CFRP，竟可能大化地減輕了飛艇自身質(zhì)量。無人值守的情況下，該飛艇一次可最長(zhǎng)在空中漂浮5天。（后續(xù)請(qǐng)見碳纖維的十六個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域及近期技術(shù)進(jìn)展(二)）

江蘇優(yōu)培德復(fù)合材料有限公司致力于碳纖維等復(fù)合材料汽車及工業(yè)領(lǐng)域的高性能零件開發(fā)、試制、及生產(chǎn)，配備有復(fù)合材料不同生產(chǎn)工藝如模壓、RTM、真空導(dǎo)入、纏繞等，根據(jù)不同的產(chǎn)品需求及量綱要求提供整體解決方案。公司團(tuán)隊(duì)在不同專業(yè)領(lǐng)域如公司管理、市場(chǎng)營(yíng)銷、項(xiàng)目管理、產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)開發(fā)、質(zhì)量管理等均擁有15年以上的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并且具備從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、模擬分析、模具設(shè)計(jì)、樣品制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、一直到批量生產(chǎn)的能力，使得公司有能力專業(yè)從事碳纖維應(yīng)用，及性能要求更高的工業(yè)設(shè)備碳纖維應(yīng)用。