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　　随着节能环保理念的深入，汽车轻量化发展迅速，碳纤维无疑已成为汽车材料界的“新宠儿”。到底什么是碳纤维，它是如何制造出来的，又有什么优异性能呢？1.神奇的碳家族成员们：碳元素是人类最早接触和利用的元素之一，作为自然界的元老，碳元素用其优异的稳定性和多变的晶体结构不断给人们带来惊喜。石墨烯、碳纤维、石墨纤维，这些名词的出现无一不伴随着材料界的技术革新。这些“天赋异禀”的材料与小小的碳原子到底有什么关联？
　　石墨烯是由一层呈六角形排列的碳原子结构组成，这种蜂窝状结构使得石墨烯具有较高的强度和韧性。石墨是由这些蜂窝状碳片层晶体有规则层叠形成的，而碳纤维则是这些碳片层晶体不规则层叠，出现相互交错时形成的。也就是说，石墨纤维与碳纤维的主要区别在于石墨纤维中的碳片状晶体是有规则层叠的，而碳纤维结构中碳片状晶体的层叠是无规则的，有交错的，其分子结构的变化如下图：
　　2. 碳纤维从何而来？材料学中将碳纤维定义为由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的，一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。既然碳纤维是纤维性材料，那么其不但应具有碳材料的固有性质，还要兼具纺织纤维的柔韧性和可纺性。因此，在制备碳纤维时不能简单地用碳或者石墨作原料直接合成碳纤维，而是需要将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。2.1碳纤维生产工艺碳纤维具有优异的力学性能和理化性能，一经发现就受到材料生产者的喜爱。碳纤维的生产过程要经历数次高温，这对原丝的质量要求较高，一般要求原丝应具备高纯度、高强度、高取向度、细旦化等性能。目前常见的碳纤维主要有聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维。?聚丙烯腈基碳纤维聚丙烯腈纤维是一种常见的合成纤维，俗称“人造羊毛”。聚丙烯腈基碳纤维是将聚丙烯腈纤维碳化，将有机合成纤维转变为无机碳纤维。聚丙烯腈纤维各方面性能优异，碳化得率可达到50%―60%，是生产碳纤维最常用的方法，工业生产方式也较为成熟，聚丙烯腈基碳纤维产量占碳纤维总产量的95%。? 粘胶基碳纤维粘胶纤维是一种人工制备的再生纤维，一般分棉浆型和木浆型两种，我国主要采用棉浆型。以粘胶丝为原料碳化生产碳纤维的碳化得率只有20%―30%，原料利用率低，生产成本高。粘胶基碳纤维产量仅占碳纤维总产量的1%。?沥青基碳纤维沥青基碳纤维一般分为两大类：一类是通用级，由各项同性沥青材料制备纤维；另一类是高性能级，有各向异性中间沥青材料制备纤维。以沥青为原料制备碳纤维的碳化得率为80%―90%，生产成本低，具有发展潜力，目前沥青基碳纤维产量占碳纤维总产量的4%。
　　2.2碳纤维生产技术问题及新技术的发展（1）碳纤维生产的技术问题?原丝质量差，生产成本高目前，国内生产碳纤维所采用的PAN纺丝原液纯度不高，所纺制的PAN原丝强度不够，存在着断丝、毛丝、并丝等问题。原丝质量差直接导致了碳纤维的性能不稳定。同时，PAN原丝的纺制和纤维的高温碳化过程都需要较高的生产成本。我国目前碳纤维的生产设备落后，自动化程度低，劳动强度大，进一步使得碳纤维生产成本提高。? 表面活性差，复合材料界面问题待解决虽然碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐老化等优良性能，但同时碳纤维的脆性较高，一般不做单独的纺织原料使用，多作为复合材料的增强体使用。碳纤维与树脂材料复合时，纤维相与树脂相之间存在一个界面层，两相材料在界面层中以化学键、范德华力和机械作用产生结合，其结合牢度直接影响复合材料的各项力学性能。由于碳纤维表面惰性大、表面能低、缺少活性官能团，其与树脂的结合牢度差，复合材料力学性能并不理想。碳纤维增强复合材料的界面问题是制约碳纤维在复合材料领域应用的一个重要因素。? 以高成本小丝束生产为主，大丝束量产技术不成熟目前世界上碳纤维的生产，主要分为以美国为代表的“大丝束”碳纤维和以日本为代表的“小丝束”两大类。所谓小丝束和大丝束，是以每束丝的根数来定义。通常每束丝纤维根数大于24K，称之为大丝束，小于或等于24K，称为小丝束。 我国碳纤维仍以小丝束为主，小丝束纤维性能较高，但生产成本也较高，产品多用于飞机等高性能、高品质领域。从推动经济与产业升级的层面来说，我国碳纤维及其复合材料的发展注定要依靠大丝束。国内大丝束在相关设备、工艺技术储备和经验认知方面尚未满足其深度发展的需要。
　　（2）碳纤维生产新技术的应用? 纤维表面的改性处理为解决碳纤维复合材料的界面问题，对纤维进行表面处理，增加其表面粗糙程度、活性基团的含量。常见的改性方法有：氧化改性法、表面涂层改性法、等离子体处理技术? 预氧化、碳化新工艺进行预氧化的目的是使热塑性PAN线性大分子链转化为耐热的梯形结构，使其在高温碳化时保持稳定的纤维形态。碳化过程则是使PAN大分子从耐热的梯形结构转变成碳纤维的不规则碳片层结构。为制备高性能碳纤维，一系列新技术新工艺也不断涌现，如：原丝和预氧化丝的改性预处理、预辐照改性处理、改变预氧化和碳化过程的加热方式和气体氛围以及在磁场中进行预氧化丝的碳化。?计算机控制生产系统新技术传统碳纤维的生产是一个冗长而又复杂的过程，对过程中各个变量的控制都会直接影响到碳纤维产品的质量。传统的传动系统对生产过程各个工艺的控制差异较大，导致碳纤维产品性能不稳定，离散性大。计算机控制系统的加入可实现生产流程的自动化控制和生产工艺的精准控制，达到改善碳纤维产品差异性、提高产品质量稳定性的效果。3. 碳纤维的优良性质? 密度小，质量轻，密度为1. 5 ~2g?cm-3，相当于钢密度的l /4、铝合金密度的1 /2；? 强度、弹性模量高，其强度比钢大4 ~ 5倍，弹性回复l00%；? 具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；? 导电性好，25℃ 时高模量纤维为775μΩ?cm-1，高强度纤维为1500μΩ?cm-1 ? 耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；? 耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓HCl、H3PO4、H2SO4等侵蚀。
　　4. 国内外碳纤维生产供应近几年随着先进复合材料的发展，碳纤维需求激增，国内外碳纤维生产企业也在不断增加。我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢。同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口。下表是国内外典型碳纤维企业及其产品信息：
　　编后：从小小的碳原子，到性能优异的碳纤维，这个神奇的转化给材料界带来了许多惊喜。然而，碳纤维的生产和应用都还存在着许多问题，如何降低生产成本，实现碳纤维的量产，使这一高性能材料的应用得到普及我们还需努力。
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碳纤维材料让汽车身轻如燕(1)
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一、碳纤维从何而来？历史上，重量级人物总有“高大上”的故事作为出场，碳纤维也不例外，那就是人尽皆知的爱迪生发明电灯泡故事。1861年，爱迪生让碳丝作为灯丝材料成功发光45小时，使人类进入电灯时代，碳丝也第一次登上了历史舞台。不过，随着灯泡中碳丝被钨丝替代，碳丝被历史丢在角落近一个世纪。直至1950年代，碳丝再次粉墨登场，美国空军由于要寻找耐烧熔材料，获知碳熔点高达3,600度，并拥有耐高温、高强度特性，将碳丝再次请进实验室，并发明了一个吊炸天的名字：碳纤维。随后，经过不断研发和改进，碳纤维“外柔内刚”的独特优势得到充分展示。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并具有耐腐蚀、高模量特性。因此，碳纤维最先被应用于军用飞机、航天器等领域，比如美军F-35战斗机；后来又在波音787等民用飞机、风力发电机叶扇、豪华游艇、医疗卫生、休闲体育用品等诸多领域得到越来越广泛的应用。二、碳纤维在汽车领域中的应用现状随着科技的进步，一些新技术、新材料逐渐应用到了汽车领域，并对汽车工业的发展产生了深远影响，其中碳纤维材料在汽车上的应用最为典型。1、碳纤维给汽车制造带来的突出优势轻量化碳纤维应用于汽车后，给汽车制造带来最明显的好处就是汽车轻量化，最直接影响的就是节能、加速、制动性能的提升。一般而言，车重减小10％，油耗降低6％～8％，排放降低5～6%,0-100km/h加速性提升8-10%，制动距离缩短2～7m。举个例子，在全新BMW 7系的车体框架中，碳纤维增强复合材料被用于加固车顶横梁结构以及B柱和C柱、底部侧围、中央通道和后部支撑。相比上一代车型，全新BMW 7系最大减重达130kg，成为大型豪华汽车市场智能轻量化结构的领导者。再比如，BMWi3大量使用碳纤维材料制造车身，上市车型比原来的设计减轻了300kg，i3车型得到市场认可，也验证低成本快速成型碳纤维车身量产制造技术的可行性和经济性。安全性车身轻量化可以使整车的重心下移，提升了汽车操纵稳定性，车辆的运行将更加安全、稳定。碳纤维复合材料具有极佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是钢的六到七倍、铝的三到四倍，这进一步保证了汽车的安全性。舒适度碳纤维复合材料具有更高的震动阻尼，轻合金需要9秒才能停止震动，碳纤维复合材料2秒就能停止，故碳纤维应用在汽车上，对于整车NVH（噪声、振动与声振粗糙度）的提升贡献同样很大，会大幅增强汽车行驶的舒适性。可靠性碳纤维复合材料具有更高的疲劳强度，钢和铝的疲劳强度是抗拉强度的30-50%，而碳纤维复合材料可达70-80%，因此汽车上应用碳纤维复合材料对于材料疲劳可靠性有较大提升。提升车身开发水平由于碳纤维复合材料可设计性比金属强，因此更易于车身开发的平台化、模块化、集成化。这样碳纤维车身及金属平台的混合车身结构对于传统汽车车身结构而言，可以做到模块化、集成化，大大减少零件种类，减少工装投入，缩短开发周期。尤其对于新入新能源汽车企业，应用碳纤维车身不仅可以节约冲压、焊装生产线及模、夹具的投入，减轻固定资产占资配比，优化企业资产配置结构，而且在企业的市场宣传上更具影响力。综观奔驰、宝马、奥迪等高端品牌车企在产品线中对碳纤维复合材料的应用布局，我们可以预见，碳纤维复合材料在汽车上的应用必然成为发展方向。
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解读碳纤维复合材料的性能及缺点
责任编辑 : 邹光地
来源 : 齐家网 转载
碳纤维复合材料主要运用在汽车上，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为 Mpa也高于钢。接下来随小编一起来了解碳纤维复合材料的性能及缺点。
碳纤维复合材料主要运用在汽车上，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为 Mpa也高于钢。接下来随小编一起来了解碳纤维复合材料的性能及缺点。
碳纤维复合材料的性能
碳纤维增强复合材料，不同于其他使用传统纤维，如玻璃纤维或芳香族聚酰胺纤维等的FRP复合材料，CFRP复合材料的优良性能包括：重量轻&&传统玻璃纤维增强复合材料采用连续的玻璃纤维，其含量为70％（重量玻璃/总重量），每立方英寸的密度通常为0.065磅。
强度高&&CFRP复合材料尽管重量轻，然而相比于玻璃纤维复合材料，每单位重量的CFRP复合材料却具有更高的强度和更大的硬度。而与金属材料相比时，这一优势则更加突出。例如，经验告诉我们，CFRP材料相比于钢材，在等强度条件下，其重量只有钢的1/5。可以想像为什么所有汽车制造企业都在研究使用碳纤维来代替钢材，从而提高其产品性能。
当CFRP复合材料与铝，质量最轻的金属之一，相比较时，根据基本假设，等强度的铝材，其重量约为碳纤维体的1.5倍。当然实验中也存在许多其他变量，可能会影响对比结果，比如，材料的档次和质量不同，复合过程，生产过程，纤维结构及品质也需要被考虑在内。
碳纤维复合材料的缺点
成本高&&尽管CFRP复合材料性能优异，为什么碳纤维没有广泛地应用于产品生产呢？目前，CFRP复合材料生产成本过高。根据当前的市场情况（供给和需求），碳纤维的种类（航天VS商品级），纤维束的大小不同，纤维的价格也判若云泥。每磅碳纤维原材料的价格，可达5-25倍玻璃纤维价格不等。而相比于钢材，CFRP材料的高成本性就更加突出了。
导电性&&这既可以作为碳纤维复合材料的优势，也可能成为实际应用中的一个缺陷。碳纤维导电性极强，而玻璃纤维是绝缘的。许多产品使用玻璃纤维，而不能用碳纤维或金属替代，是因为其要求具备严格的绝缘性。
在公用设施生产中，许多产品都需要使用玻璃纤维。例如，梯子的生产使用玻璃纤维作为梯架，原因在于：当玻璃纤维梯子与电力线接触时，触电的可能性会降低许多。而碳纤维梯子导电性极强，后果则不可想象。
尽管碳纤维复合材料的成本居高不下，然而伴随着科技进步，更多高效益产品的涌现指日可待。或许有生之年，我们将有望见证高性能碳纤维产品在消费市场，工业生产和汽车制造中的大范围应用。
编辑总结：关于碳纤维复合材料的性能及缺点就介绍到这里了，希望对大家有所帮助。想了解更多相关知识，可以关注齐家网资讯。
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碳纤维复合材料是什么?碳纤维复合材料，主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等。下面就为大家详细的介绍碳纤维复合材料是什么，碳纤维复合材料用途及优势，希望能够帮助有这方面需求的朋友们。
碳纤维（carbon fibre），是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，为化纤的高端品种。顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。下面随小编看看如何辨别碳纤维质量，碳纤维施工步骤。
玻璃纤维是什么？玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。那么，玻璃纤维价格是多少呢？下面就随小编一起看看吧。
什么是玻璃纤维保温棉？玻璃纤维保温棉是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维保温棉主要用于高级建筑的内墙隔间，天花吊顶，铁皮风管或风箱内壁的保温，机房内的吸声降噪，金属天棚的流汗控制等。那么，你知道玻璃纤维保温棉规格有哪些吗？玻璃纤维保温棉都应用于哪些地方呢？这是大家都比较关注的话题之一。如果你对这方面感兴趣的话，不妨跟我一起来了解下玻璃纤维保温棉规格及应用范围的相关知识介绍吧！
脆性是陶瓷的最大弱点，它大大限制了陶瓷的应用范围。但是，这并非是陶瓷材料的"不治之症"，经过各国科学家和工程师多年的艰苦研究，终天大大地改善了陶瓷的脆性，研制出纤维补强陶瓷复合材料。
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碳纤维材料跟一般汽车材料有什么不同？
碳纤维材料是最高科技与最佳质量的结合，是一种非常珍贵的材质，应用碳纤维材料可以实现车身轻量化。碳纤维（carbon fibre），是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，为化纤的高端品种。顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维（GF）相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维（KF-49）相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。
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碳纤维比普通材料要轻，可以减轻车身重量，而且不一般材料要坚固
其他2条回答
碳纤维重量不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍~
这种材料非常的轻，像布嘉迪就是使用的这种种材料。车身骨架才重58公斤。
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