碳纖維是制造業中一種非常獨特且性能卓越的材料。無論是汽車、航空航天、化工還是醫療設備，碳纖維增強塑料（CFRP）因其獨特的特性而被大量用于制造上述行業所需的零部件，使其成為一種重要的原材料。碳纖維零件和碳纖維片材主要應用領域包括航空航天、核工程、通用工程、運輸，以及包括齒輪、風扇葉片和汽車車身等工程部件。
在碳纖維使用時，通常是將碳纖維作為樹脂、陶瓷或金屬為基體制成的復合材料的增強材料。由于碳纖維復合材料具有極高的機械特性（比拉伸強度、比模量）和其他特性（低密度、低熱膨脹系數、耐熱性、化學穩定性等），因此碳纖維廣泛應用于各種應用。這些特點使碳纖維變得如此獨特和與眾不同，這也是幾乎所有制造業都喜歡使用碳纖維的原因。
01 是什么讓碳纖維復合材料如此獨特？
碳纖維的性能特征和特殊特性決定了其獨特性。這些特點包括：
1）、CFRP在比強度和比模量（比剛度）方面優于鋼或玻璃纖維增強塑料（GFRP）。CFRP具有典型的質輕高強特性。此外，碳纖維復合材料的抗疲勞性能優于其他結構材料。
2）、碳纖維零件具有較低的熱膨脹率和較高的尺寸穩定性，即使在高溫區域也能保持這些優異的機械性能。
3）、碳纖維具有高導電性（體積阻抗），同時具有優異的EMI屏蔽性能。這成功地將CFRP帶入了電磁干擾屏蔽領域。
4）、除了重量輕、剛性好外，碳纖維還具有極好的X射線透射率，因此碳纖維復合材料在醫療設備零件領域受到高度歡迎。CFRP有助于獲得更清晰的照片圖像。
02 碳纖維復合材料可產生什么價值？
下一代碳纖維復合材料，如預浸料復合材料，可將乘用車重量減少50%，并在不影響性能或安全的情況下將燃油效率提高約35%；以今天的汽油價格計算，這一進步可以在汽車的整個使用壽命期間節省超過 5,000 美元的燃油。除了用于制造汽車和卡車外，碳纖維的進步將有助于制造商降低成本，改善風力渦輪機葉片和塔架、電子設備、儲能部件和輸電線路的性能。
此外，在 3D 打印技術中，碳纖維復合材料的存在正在增加價值。這是一種用于多種應用的復雜技術，不需要大型設備設置。該技術可用于在短時間內打印多個對象。
與其他金屬材料相比，連續碳纖維用于 3D 打印具有更高的強度和剛度。碳纖維的含量和取向是可控的，這簡化了優化過程。使用碳纖維的3D打印還可以在航空航天、汽車和牙科等各種終端行業的零件制造中實現高精度。這項技術將徹底改變碳纖維的制造工藝，并將為市場參與者提供重大機遇。
03 為什么碳纖維復合材料價格這么貴？
用于加工碳纖維的原料是一種類似用于毛衣和地毯的纖維，價格不貴，每磅3美元。但將其從前驅體加工成碳絲需要將其加熱數小時。此外，還有50%的浪費。在溫度超過1000攝氏度的情況下，經過三次加熱循環后，電費是相當昂貴的。在制備復合材料時需要加入樹脂來固定其最終形狀。搞砸了，需要從頭開始。
總而言之，碳纖維起價可能為每磅3美元，但當它到達自行車車架制造商時，預浸復合材料織物的價格將接近每平方米20美元。再加上1000小時以上的開發勞動時間、一些錯誤、大量浪費，4000美元碳纖維自行車車架聽起來就不再那么貴了。此外，制造和組裝機器并不是唯一需要考慮的技術成本因素。
新的復合材料制造軟件即將上市。例如：設計仿真軟件以縮短設計周期；用于分析效率損失來源的成本建模軟件；基于知識的工程產品，以降低勞動力成本。因此，軟件供應商也在推出產品，以幫助提前識別制造風險。這將在錯誤發生之前減少代價高昂的錯誤，進一步減少循環時間和碳纖維制造成本。
上述所有因素將碳纖維復合材料/預浸料復合材料的成本推到如此之高地步。就應用而言，碳纖維市場在價值和數量上均以復合材料市場為主導。這種增長是由于碳纖維復合材料在航空航天、國防、汽車和風能等行業的廣泛應用。碳纖維制造和碳纖維加工的可擴展性和范圍遍布全球各地，尤其是歐洲擁有碳纖維市場的最大市場份額，因為它有大量海上風能裝置，隨后是在英國和德國。
盡管制造商們正專注于生產低成本碳纖維，但大規模生產和商業化仍需要時間。為了有效降低纖維成本，必須通過大規模生產降低碳纖維的成本。由于碳纖維成本高，其應用仍然受到限制，因此其特性的獨特性和最終產品的高昂價格是合理的。
來源：碳纖維及其復合材料技術
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