碳纖維性能優(yōu)良，強(qiáng)度是鋼的20倍，拉伸模量上是鋼的2倍~3倍，比重僅為鋼的1/4，抗拉強(qiáng)度是鋼的7.9倍；碳纖維楊氏模量約為傳統(tǒng)玻璃纖維的3倍，凱芙拉纖維（KF-49）的2倍；同時(shí)，碳纖維在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。

 

　　碳纖維按力學(xué)性能可分為通用型碳纖維和高性能型碳纖維。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000MPa、模量在100GPa左右，高性能型碳纖維又可分為高強(qiáng)型碳纖維（強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa）和高模型碳纖維（模量在300GPa以上）。強(qiáng)度大于4000MPa的碳纖維稱為超高強(qiáng)型碳纖維；模量大于450GPa則被稱為超高模型碳纖維。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2%。

 

　　碳纖維按狀態(tài)分為長(zhǎng)絲、短纖維和短切纖維。通常把1K、3K、6K、12K和24K的稱為小絲束碳纖維，36K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括48K~480K等（1K為1000根絲）。目前，我國(guó)生產(chǎn)的碳纖維全部為小絲束，其中12K占比超過(guò)90％，1K、3K、6K各有產(chǎn)量。

 

　　碳纖維按原料來(lái)源可分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維、酚醛基碳纖維、氣相生長(zhǎng)碳纖維。目前市場(chǎng)上90%以上碳纖維以聚丙烯腈基碳纖維為主。

 

　　我國(guó)對(duì)碳纖維的研究起步于1962年，1970年開(kāi)始展開(kāi)碳纖維研制。在1975年召開(kāi)的全國(guó)碳纖維會(huì)議——“7511會(huì)議”后，碳纖維正式列入國(guó)家計(jì)劃。近年來(lái)在國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)下，我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展方面取得了一定進(jìn)展。目前已初步形成了以山東、江蘇和吉林等地為主的碳纖維產(chǎn)業(yè)聚集地，培育了威海拓展、中復(fù)神鷹和江蘇恒神等碳纖維生產(chǎn)骨干企業(yè)和一批碳纖維復(fù)合材料及制品企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年~2014年，我國(guó)碳纖維產(chǎn)能從6445 噸增至1.5萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了2倍，年均增長(zhǎng)23.5%。

 

　　目前全球碳纖維生產(chǎn)商主要為日本東麗、日本帝人、三菱麗陽(yáng)、德國(guó)SGL和臺(tái)塑集團(tuán)。2014年，這5大生產(chǎn)商市場(chǎng)總額約占全球60%左右。

 

　　碳纖維的主要用途是與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料使用。其結(jié)構(gòu)材料具有密度小，強(qiáng)度高，耐久性好，抗腐蝕能力強(qiáng)，可耐酸、堿等化學(xué)品腐蝕，柔韌性佳，應(yīng)變能力強(qiáng)的特點(diǎn)。其中，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量的綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，以及要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。

 

　　在軍用航空領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主要應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位中，不僅能提高戰(zhàn)斗機(jī)抗疲勞、耐腐蝕等性能，還可以起到明顯減重作用；在衛(wèi)星構(gòu)件上，高模量碳纖維主要應(yīng)用于衛(wèi)星承力筒、桁架、夾層面板及電池板支架上。目前，我國(guó)衛(wèi)星中已使用高強(qiáng)高模MJ系列碳纖維復(fù)合材料。

 

　　在民用航空領(lǐng)域，高端碳纖維增強(qiáng)材料主要應(yīng)用于民用大型飛機(jī)的制造。11月2日，我國(guó)國(guó)產(chǎn)C919大型客機(jī)首架機(jī)在中國(guó)商飛公司新建成的總裝制造中心浦東基地廠房?jī)?nèi)正式下線。C919大型客機(jī)尾和側(cè)翼均采用碳纖維復(fù)合材料制成。據(jù)報(bào)道，C919預(yù)計(jì)在2018年獲得民航局頒發(fā)的合格證，而它的商業(yè)化將拉動(dòng)國(guó)內(nèi)對(duì)碳纖維材料的需求。

 

　　在風(fēng)電應(yīng)用領(lǐng)域，碳纖維具有提高葉片剛度，減輕葉片重量，提高葉片抗委靡性能，使風(fēng)機(jī)的輸出功率更平滑、更平衡等優(yōu)勢(shì)。目前，全球風(fēng)電葉片所需的碳纖維，約占產(chǎn)業(yè)用途的34%。

 

　　在建筑領(lǐng)域，碳纖維可用于工業(yè)與民用建筑物、鐵路公路橋梁、隧道、煙囪、塔結(jié)構(gòu)等的加固補(bǔ)強(qiáng)，用碳纖維管制作的桁梁構(gòu)架屋頂，重量上比鋼材輕50%左右，使大型結(jié)構(gòu)物達(dá)到了實(shí)用化的水平，而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外, 碳纖維做補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，不需要增加螺栓和鉚釘固定，對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小，施工工藝簡(jiǎn)便。

 

　　在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，由于電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃油車(chē)，必須輕量化增加續(xù)航里程，碳纖維因其高模量、高強(qiáng)度、輕質(zhì)量等特性成為增加續(xù)航里程的最佳選擇。寶馬率先與西格里聯(lián)合開(kāi)發(fā)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，并成功應(yīng)用i3電動(dòng)汽車(chē)系列，開(kāi)創(chuàng)碳纖維在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域大批量應(yīng)用的新時(shí)代。

 

　　在家電領(lǐng)域，將碳纖維以短纖維的形式混入熱塑性樹(shù)脂中，可具有補(bǔ)強(qiáng)、抗靜電、電磁波屏蔽效果，廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公室機(jī)器、半導(dǎo)體及其相關(guān)領(lǐng)域。

 

　　目前我國(guó)碳纖維實(shí)際產(chǎn)量小于產(chǎn)能，2014年碳纖維產(chǎn)量?jī)H為3200噸，產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在體育休閑、高爾夫和釣魚(yú)竿等低端產(chǎn)品領(lǐng)域。其中，體育休閑領(lǐng)域應(yīng)用占比80%，工業(yè)用占比18%，航空航天領(lǐng)域應(yīng)用僅占比2%，難以滿足高端產(chǎn)品中的碳纖維需求，因此加快碳纖維發(fā)展，尤其是高端碳纖維自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程迫在眉睫。