碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、热膨胀系数小等一系列优异的性能，因此其应用领域非常广泛。而为了满足客户需求，碳纤维生产厂商开发出了多种不同用途的纤维，来充分利用碳纤维优异特性。

高性能纤维复合材料概述

高性能纤维是指具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维，一般具有极高的抗拉强度、杨氏模量，同时具有耐高温、耐辐射、抗燃、耐高压、耐酸、耐碱、耐氧化剂腐蚀等其他特性，被广泛应用于航空航天、国防军工、交通运输、工业工程、土工建筑、乃至生物医药和电子产业等领域。

高性能纤维复合材料是以高性能纤维作为增强材料，树脂作为基体，通过加工成型得到的复合材料，具有质轻、高强高模、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等优异性能。

我国高性能纤维及复合材料行业产业链上游主要由增强材料、基体材料和生产设备等产业组成，中游主要由复合材料、金属基复合材料、纤维增强树脂基复合材料、纤维增强陶瓷基复合材料等产业组成，下游主要为市场应用，如军工装备、汽车工业、环保、信息通信、建筑加固、风电叶片、医疗器械、体育休闲。

碳纤维产品的10种应用方式及用途

NO.1 连续长纤维

产品特征：碳纤维生产厂商最常见产品形式，束丝由成千上万根单丝组成，按照加捻方式分为三种：NT（Never Twisted, 未加捻）、UT（Untwisted, 退捻）、TT或ST（Twisted, 加捻），其中NT为最常用碳纤维。对于加捻碳纤维，根据捻度方向，又可以分为S捻纱和Z捻纱。

主要用途：主要用于CFRP、CFRTP或C/C复合材料等复合材料，应用领域包括飞机/航空航天设备、体育用品和工业设备零件。

NO.2 短纤维纱线

产品特征：简称短纤纱，通过利用短碳纤维纺成的纱线，如通用级沥青基碳纤维通常为短纤维形式产品。

主要用途：隔热材料、减摩材料、C/C复合材料零件等。

NO.3 碳纤维织物

产品特征：由连续碳纤维或碳纤维短纱经过编织而成，按照编织方式碳纤维织物可以分为机织物、针织物和无纺布，目前碳纤维织物通常采用机织物。

主要用途：与连续碳纤维用途相同，主要用于CFRP、CFRTP或C/C复合材料等复合材料，应用领域包括飞机/航空航天设备、体育用品和工业设备零件。

NO.4 碳纤维编织带

产品特征：属于碳纤维织物一种，也是由连续碳纤维或碳纤维短纱经过编织而成。

主要用途：主要用于树脂基增强材料，尤其适用于管状产品的生产加工。

NO.5 短切碳纤维

产品特征：与碳纤维短纱概念不同，通常是由连续碳纤维经过短切加工制备而成，纤维的短切长度可按照客户需求进行切割。

主要用途：通常作为塑料、树脂、水泥等混料，通过混入基体中可以改善机械性能、耐磨性、导电性和耐热性；近年来3D打印碳纤维复合材料中的增强纤维多以短切碳纤维为主。

NO.6 研磨碳纤维

产品特征：由于碳纤维为脆性材料，因此经过研磨处理可以制备成粉末状碳纤维材料，即为研磨碳纤维。

主要用途：与短切碳纤维用途相近，但极少用于水泥增强领域；通常作为塑料、树脂、橡胶等混料以改善基体的机械性能、耐磨性、导电性和耐热性。

NO.7 碳纤维毡

产品特征：主要形式为毡或垫子，首先通过机械梳理等方法将短纤维分层，然后用针刺方法制备而成；又称碳纤维无纺布，属于碳纤维编织物一种。

主要用途：隔热保温材料、模压隔热材料基材、耐热保护层和耐腐蚀层基材等。

NO.8 碳纤维纸

产品特征：以碳纤维为原料，采用干法或湿法造纸工艺制备而成。

主要用途：防静电板、电极、扬声器锥和加热板；近年来的热点应用为新能源汽车电池正极材料等。

NO.9 碳纤维预浸料

产品特征：由碳纤维浸渍热固性树脂制成的半硬化形式的中间材料，其力学性能优异、应用广泛；碳纤维预浸料宽度按加工设备尺寸而定，下图为以宁波材料所国产M55J级碳纤维为原料加工生产的300mm、600mm幅宽预浸料。

主要用途：对轻量化和高性能迫切需求的飞机/航空航天设备、体育用品和工业设备等领域。

NO.10 碳纤维复合物

产品特征：由热塑性塑料或热固性树脂与碳纤维混合制成的注射成型材料，该混合物是由各种添加剂和短切纤维添加而成，然后进行复合工艺。

主要用途：依靠材料优异的导电性、高刚度、轻量化优势，主要用于办公自动化设备外壳等产品。

九大碳纤维的应用领域

1、风电、压力容器

2020-2021 年由于新冠疫 情影响，民航市场需求巨幅萎缩，但在风电、压力容器市场强劲增长补充下，全年碳纤维需求不降反升，2021 年全球碳纤维的需求量为 11.80 万吨，同比增长 10.38%。风电叶片通常制造中使用玻璃纤维增强复合材料，但这种材料越来越难以解决尺寸增大带来的刚性不足的问题。而碳纤维密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%以上，模量高3~8倍，是典型的高比模、高比强材料。

国内外许多大的主机厂或叶片厂都已经在风电叶片中使用碳纤维复合材料，应用在风轮直径超过 100m 风电机组上，主要应用部位是主梁帽。由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，生产线运行及产品质量不稳定，所以国产碳纤维行业长期存在“有产能，无产量”的现象，目前碳纤维市场仍处于供不应求的状态。伴随海外公司限制碳纤维对国内出口以及国内碳纤维需求量持续上升，我国碳纤维供需缺口将持续扩大，为国内碳纤维企业带来巨大成长空间。

2、航空航天

从全球范围看，航空航天一直是碳纤维及其复材的重点应用领域。

然而，据全球航空分析公司 Cirium(睿思誉)发布的《2021 航空洞察报告》，2021 年全球航空客运量较 2020 年仅上升了 6%，赛奥碳纤维综合判断航空航天用碳纤维基本与去年同期持平，需求量仅为 1.65 万吨。

3、汽车车身电池轻量化

汽车的轻量化，是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车总重量，从而提高汽车的动力性，以减少燃料消耗，降低排气污染。

据全国能源信息平台，碳纤维复合材料、铝镁合金、先进高强度钢是目前车企探索的三大方向，这三种材料替代当前的主流材料低碳钢，可分别减重60%、40%、25%，因此碳纤维材料是汽车轻量化的最佳之选。

在汽车动力电池领域，作为电动汽车的重要动力部件，传统电池箱体采用的是金属材质，会加大新能源汽车的自重，降低汽车续航能力。

碳纤维复合材料轻质高强，用于制作汽车电池箱体轻量化效果明显。以博实为某汽车品牌定制的碳纤维汽车电池箱体为例，与原金属材质箱体比较，质量减少了 60%，这对于降低汽车能耗、增加续航能力有着很好的提升作用。我们预计随着电动汽车逐渐替代燃油车，运用于动力电池领域的碳纤维需求将随之增长。

4、氢燃料压力容器

碳纤维缠绕高压氢瓶的开发应用，实现了高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用的转变。目前储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢。

当前 70MPa 碳纤维缠绕Ⅳ型瓶已是国外燃料电池乘用车车载储氢的主流技术，而 35MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶目前仍是我国燃料电池商用车的车载储氢方式，仅少量 70MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶用于我国燃料电池乘用车中。

5、建筑领域

建筑界在对复合材料的理解和使用方面正经历大幅地增长。复合材料在大型项目中为建筑师和设计师提供了高性能和价值，并且它们在商业和住宅建筑中的使用越来越多。

在建筑领域，碳纤维的高强度特性正在发挥积极作用。碳纤维强度极高、柔软易铺，可用于修补加固建筑物，使其如同全新建筑物。碳纤维层压板广泛用于提高楼板和柱子的承重。此外，碳纤维可以抵抗地震损坏，因此还可用于新建建筑物的结构加固，也可以作为钢筋预制件的替代品。

6、海洋领域

几十年来，FRP复合材料已成功用于海洋应用领域，例如雷达罩和质量结构、超级游艇、工作船和休闲船。最近，FRP已用于不太知名的应用，例如轴承、螺旋桨、商业舱盖、排气装置和顶部结构。

玻璃纤维复合材料在海洋应用中的使用是GRP应用的第一个重要领域之一。它彻底改变了在多个领域设计和制造大型复合材料结构的能力。船舶在英国通过多种工艺制造，包括手工铺设的GRP、树脂灌注、热塑性塑料和用于竞赛游艇的高性能碳纤维预浸料。

赛艇比任何其他海洋结构物更广泛地使用复合材料。由于特殊要求，所用材料不是典型的海洋建筑材料。最小重量和最大刚度在其设计中至关重要，以便能够以最大速度航行，并抵抗海浪和海洋环境中其他因素的影响。

碳纤维增强环氧树脂复合材料通常用于以蜂窝或泡沫为芯的船体、框架、龙骨、桅杆、杆和吊杆、碳绞盘卷筒和轴系。在不同的国际航行条件下，使用FRP有助于提高性能，并将航行缺陷和故障的危险降至最低。

7、管道系统领域

复合材料管道系统在化工厂中的应用已经超过25年。20世纪70年代，复合材料在工业应用中的使用变得广泛。如今，复合材料管道和储罐的安装在地上和地下、商业、市政和住宅应用中呈上升趋势。随着新化工设施的开发和旧设施的扩大，低成本天然气正在进一步扩大市场。

复合材料管道典型应用及产品包括：空气污染控制、水产养殖、化学加工、海水淡化、石油和天然气、水和废水处理、管道、管件和衬里、管道系统、油箱内衬、储油罐、工艺容器、洗涤器、阀门。

8、 运动休闲领域

一直以来，碳纤维在体育用品领域的表现都很突出，从赛车到滑雪、高尔夫、垂钓以及网球，碳纤维均得到广泛应用。随着碳纤维日益普及以及价格回落，已在体育用品中得到更多应用。

现在，许多球拍、滑雪板、雪橇、曲棍球棍、钓竿、高尔夫球杆、自行车、冲浪板、风筝、鞋子以及其它体育产品均采用了碳纤维。

目前，在10项最受欢迎的户外运动和休闲活动中，有7种产品使用了复合材料。玻璃纤维和碳纤维增强复合材料继续在钓鱼竿、网球拍、皮划艇桨的翼梁/轴、帆板桅杆和板、曲棍球棒、风筝和自行车车把中取代木材和金属。

9、 交通运输领域

运输行业有一种趋势是使用更大的车辆。无论是公共汽车、火车还是铰接式卡车，想法都很简单：携带更多的货物。面临的挑战是找到安全承载更大负载的方法，同时节省燃料并减少对环境的影响。复合材料为这一挑战提供了令人印象深刻的答案。

长期以来汽车和运输行业在复合材料市场中占有较大份额，该行业致力于遵守严格的法规，例如美国和欧洲政府制定的平均燃油效率（CAFE）标准和欧洲排放标准（EES）。为了减少对全球气候造成不利影响的二氧化碳（CO₂）排放，这些地区的汽车制造商正在集中精力生产具有复合材料的轻型汽车，以符合政府法规并提高汽车的燃油效率。

文章来源： 材料PLUS，复材云集 ，远瞻智库