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一、概述
在復合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂復合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的復合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進，使復合材料領域呈現出一派勃勃生機。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復合材料。
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。如圖1碳纖維經編機。
碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維，經熱穩定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。
碳纖維的性能特點可歸納如下：
1.碳纖維的密度是鋼的7.8倍，是鋁的2.7倍；
2.碳纖維復合材料的抗疲勞和硬度優于玻璃纖維復合材料；
3.鋁相比較，碳纖維的強度是鋁的7倍，且比鋁輕1.5倍。
其主要優點有：
1.纖維屈曲程度較小，利于發揮纖維性能；
2.鋪覆性、工藝性好；
3.改善復合材料的沖擊性能（尤其CAI）和損傷容限；
4.制造工藝簡單，成本低。
 

圖1 碳纖維經編機
二、碳纖維的在復合材料中的應用
碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。
碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。
由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。

碳纖維主要運用在以下幾個行業，如圖2：
－風電葉片＞3.5兆瓦；
－汽車；
－造船、游艇；
－航空。
 
圖2 碳纖維應用
2.1碳纖維在風電葉片中的應用
在風力發電領域，經編復合材料是制造風力發電葉片及其它重要結構部件的主要材料，葉片90%以上重量由復合材料組成。采用碳纖維NCF織物制備的復合材料風機葉片，具有質量輕、強度高、剛性好的優點，能夠滿足開發大型化、輕量化、高性能、低成本的發電葉片的要求，如圖3所示為風機葉片，圖4為葉片結構。
 
圖3 采用碳纖維NCF織物制造的復合材料風機葉片
 
圖4 葉片結構