碳纤维应用的最新进展
By www.carbonfiber.com.cn
如今，一种比头发丝细100倍的纤维状碳材料正引发新一场变革。有人预言，人类社会将进入“碳纤维时代”。
碳纤维是一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料，是新一代的增强纤维。它的密度不到钢的1／4，但抗拉强度却是钢的7～9倍，抗拉弹性也高于钢；与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量(指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量)是其3倍多；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。正是由于兼具优异性能，碳纤维在国防和民用领域均有广泛的应用前景。
碳纤维是指含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维。它是以化纤和石油产品经特殊工艺制成的纤维。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防、军工和民用方面都是重要材料。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料，是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，在当今世界高速工业化的大背景下，碳纤维用途正趋向多样化、核心化。
由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们现在还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。根据原料及生产方式不同，碳纤维主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维等。
碳纤维除了用于航空航天领域、国防军事领域和体育休闲用品外，汽车构件、风力发电叶片、建筑加固材料、增强塑料、钻井平台等碳纤维新市场也正在兴起。待开发市场有压力容器、医疗器械、海洋开发、新能源等领域，目前几个主要应用领域的情况如下。
一.航空航天领域
碳纤维复合材料以其独特、卓越的理化性能，广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天业。例如采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机、卫星、火箭等宇宙飞行器，不但推力大，噪音小；而且由于其质量较轻，所以动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少lkg，就可使运载火箭减轻500kg。2007年面世的超大型飞机A380，复合材料的密度已达23％。预计于2010年问世的A350超宽客机，其高性能轻质结构所占比例将达62％，成为空客公司第一架全复合材料机翼飞机。轻质“外衣”不仅能有效克服质量与安全之间固有的矛盾，还能大幅降低飞机能耗。以A380为例，其首架飞机每位乘客的百千米油耗不到3L，而A350的百千米油耗预计只有2．5L／人，几乎可以跟现在的小汽车媲美。
航空航天领域是世界碳纤维的传统市场，航空器中碳纤维复合材料的使用量未来几年将以年均12％的速度继续增长，估计将从2008年的8200吨增加至2010年的1万吨以上，2012年可达1．3万吨。碳纤维复合材料约占空客A380飞机35吨结构材料中的20％以上，包括中央翼盒、机尾组件以及压舱壁。波音787中结构材料有近50％需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料，包括主机翼和机身。金属结构材料采用碳纤维复合材料后不仅可以减轻机身质量，而且还可以保证不损失强度或刚度，大大提高了燃油经济性。新一代的客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。同时，碳纤维在中小型喷气客机中的需求也将快速增长。例如，三菱重工计划利用碳纤维复合材料制作新一代支线喷气客机MRJ主机翼和尾部组件，该机型预计在2013年进入市场。
机体结构复合材料化程度被认为是飞机先进性的重要标志，可以说是“一代飞机，一代材料”。国外复合材料在军机、直升机、无人机上的用量早已达到或超过50％，如今在大型客机上的用量也超过了50％。
空客集团研制的超大型客机A380目前已交付使用。飞机复合材料占25％，主要应用部件包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等，仅中央翼盒用复合材料就达
5．3吨，实现减重1．5吨。A380是第一个将复合材料应用于受载很大的中央翼盒的大型民用机，开创了大型民用机大规模采用复合材料的先河。
美国波音飞机公司研制的B787飞机也已于2007年成功下线，整机主要结构均采用碳纤维复合材料制成，从外表看，除机翼、尾翼前缘、发动机挂架外，几乎看不到金属。这是世界上第一个采用复合材料机翼和机身的大型客机，被公认为复合材料发展史上的一个重要的里程碑。复合材料的大量应用大幅减轻了飞机的结构重量，并使飞机的燃油效率提高20％。
美国波音公司20世纪90年代初推出的波音777型客机就大量采用了这种新型材料，使用比例约占10％。波音777飞机利用碳纤维做结构材料，包括水平和垂直的横尾翼与横梁，如果这两部分重要的结构受损，那么整个飞机在飞行的过程中就可能坠毁；这些材料被称为“首要的结构材料”，所以对其质量要求极其苛刻。对于波音777飞机，日本东丽公司是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商；欧洲空客也在其飞机上使用了大量的碳纤维，东丽公司的TORAYCA碳纤维将被大量应用在新型客机A380上。
波音公司即将推出新一代高速宽体客机--“音速巡洋舰”，约60％的结构部件都采用强化碳纤维塑料复合材料，其中包括机翼，这种材料比铝更加轻便，但强度不相上下。据称，如果客机中所有部件都使用这种复合材料，那么，新型客机的飞行速度会提高15％～20％。
波音公司于2007年7月初正式推出的中型“绿色”喷气客机787 Dreamliner，可以载客330人，长途飞行时可节约高达20％的燃料，由此减少温室气体排放。波音推出的787 Dreamliner新机型于2008年在日本的全日空航线上投入商业服务，其创新的设计特征包括：飞机绝大部分使用高科技塑料复合材料代替铝材质；飞机主要结构的50％左右，包括机身和机翼均采用复合材料如碳纤维制作。由于机身整体采用复合材料制造，从而无需使用1500块铝板材和4万～5万个紧固件；与传统的材料相比，使用复合材料会使飞机更为强固和轻巧，可以提高燃油利用效率。这种创新性的结构使飞机提高了运营经济性，同时提高了耐用性。
波音787 Dreamliner在华盛顿的组装车间
2005年新型空中客车A350和波音787客机Dreamliner投产给碳纤维工业带来显着的推进作用。空中客车A350中复合材料用量已接近总质量的40％；波音787机翼和机身上使用的复合材料超过了50％，质量的减少可以使其节约大约20％的燃料费，加上腐蚀等方面费用的节省，更是惊人。据市场称，波音和空中客车每年交付使用客机大约250～350架。
欧洲空中客车公司研制的世界最大民用货机A380F于2005年4月投入生产，生产过程中更多地采用了碳纤维材料，翼展79．8m、长73m、高24．1m，相当于8层高的楼房，是世界上正在制造的最大货机，设计商用载重量可达150吨、航程1．04万km。A380F的中央翼盒采用了碳纤维增强塑料，这种材料质量轻、强度高，采用新型材料和高技术将使A380F在性能上比老一代大型飞机更具优势。空中客车公司认为，全球货运市场在未来20年内将快速发展，但目前承运商面临着收益减少和货物密度下降的压力，因此承运商希望货机容量更大，以降低单位成本，A380F正是为这一需求而设计的。首架A380F于2008年投入运营。
最近几年，尤其在亚洲和欧洲，飞机乘客数量的增加促进了对新飞机的需求。《空客全球市场预测》估计，2006年～2025年间，飞机运营商将需要22700架客机和货机。这些OEM正引领着结构性复合材料用量的巨大增长，其中包括碳纤维，其最新的应用就是B787和A380飞机。
截至2007年12月，空客A380就收到189个订单。A380为大型喷气式客机，其结构(包括主要结构)使用了22％的碳纤维复合材料。截至2008年1月中旬，波音公司宣布B787订单达到857架。B787中碳纤维／环氧预浸料的唯一供应商是东京的东丽公司(Toray)，两家公司已经就Torayca预浸料签订了长达18年的供应合同。一直到2021年。据报道，787主要结构的合同价值高达20．3亿欧元(30亿美元)。
碳纤维在中小型喷气客机中的需求也将快速增长。例如，三菱重工利用碳纤维复合材料制作新一代支线喷气客机MRJ主机翼和尾部组件，该机型预计在2013年进入市场。
欧洲空中客车公司授予赫氏复材(Hexcel公司)其远程宽体客机A350XWB主结构件的长期供应合同，此合同要求赫氏复材供应碳纤维复合材料直至2025年。随着A350XWB设计告一段落，赫氏复材和空客公司将共同对用于主结构件的赫氏复材产品进行确认，并完成最终的规范和认证。此合同预计将给赫氏复材带来40～50亿美元的收人。另外，除用于主结构件外，赫氏复材的复合材料还将用于A350的次结构件和内装饰部件，产品包括织物、树脂、预浸料、胶膜、蜂窝、HexMC模压件等，这些与A350相关的材料也将为赫氏复材带来相当可观的收入。根据该合同，赫氏复材将主要提供用新一代高韧性环氧树脂浸渍HexTow茁中模量碳纤维的HexPly茁预浸料。赫氏复材为扩大产能将明显增加投资，以满足日益增长的A350的订单。确切的投资规模和时间将按照空客公司与其它供应商的预测进行。复合材料及其部件由赫氏复材在美国、法国、西班牙、德国及英国的工厂生产。
二.汽车构件
由于目前碳纤维的价格偏高，汽车只能说是未来潜在的大市场。但随着钢价持续上扬将可缩小两者间的差距。而采用碳纤维材质将可改善车辆的燃料效能，并使二氧化碳排放减少30％。今后随着大丝束碳纤维价格的进一步下降及回收技术的确立，预期将应用于汽车的许多部件和结构材料。目前碳纤维复合材料传动轴、刹车片、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用，虽然现在主要是用在豪华车型，但预计未来将在大众车型中推广。日产汽车、本田汽车和东丽公司将联手开发汽车车体用的新型碳纤维材料，使车体较使用钢材轻40％。随着碳纤维成本的降低和世界范围内对环保要求的提高，碳纤维在汽车行业的需求前景也较为乐观。
日本政府亦支持该项计划，希望在全球开发环保车辆的趋势中取得领先地位。日本经济产业省计划未来五年投资这项计划20亿日元(1，850万美元)。
现在，碳纤维材料也成为了汽车制造商青睐的材料，在高级汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，质量仅相当于钢材的20％～30％，硬度却是钢材的10倍以上；所以，采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的效益。业界认为，碳纤维在汽车制造领域的使用量会越来越大。据悉，福特和保时捷生产的GT型赛车发动机机罩已全部采用碳纤维材料；奔驰的57S型轿车原来内装饰全部是木质材料，现在则以碳纤维替代；通用的雪佛莱轿车底盘的内装饰材料也采用碳纤维；宝马公司将M6型轿车的顶篷全部采用碳纤维，并进行技术处理，使其保持金属材料的光泽。
梅赛德斯一奔驰新推出的SLR迈凯轮超级跑车运用了高强度碳纤维复合材料，车身几乎全部采用碳纤维复合材料制成，该车最高时速可以达到334 km／h，这款跑车能够具有如此超高速度，除了采用强悍的动力系统和借鉴F1赛车设计理念外，由高强度碳纤维复合材料制成的车身大大降低了其整车质量，也是使该款超级跑车性能如此卓越的一大“功臣”。与钢材相比，碳纤维复合材料质量只有钢的50％，而在碰撞中对能量的吸收能力却比钢或铝高出4～5倍；梅赛德斯一奔驰充分利用该材料的这些特性，不仅降低了车身自重，还可以为乘员提供最大限度的安全保障。设计者在SLR的前端结构中嵌入了两根620ram长的碳纤维纵梁，作为车头碰撞缓冲部件，在发生正面碰撞时，碰撞能量可以被有效吸收，从而确保乘员舱完好无损；不仅如此，由于SLR的乘员舱也全部采用碳纤维复合材料制成，当发生侧面或尾部碰撞时，乘员也可以有充足的安全空间，使人们在乘驾“公路上的F1赛车”时，免去了许多后顾之忧。
法国汽车生产商标致公司于2007年8月初推出了更轻量化的308 RC Z概念新车(见下图)，塑料创新型应用使汽车更加轻量化，全车大量使用了聚碳酸酯(PC)和碳纤维，将聚碳酸酯制作的后部挡风玻璃与大量碳纤维制作的车身组件组合在一起，汽车顶棚板采用碳纤维制作。
日产汽车公司于2007年底制定目标：到2015年汽车的质量比2005年减少15％，以节减10％的燃料消耗。丰田公司也制定了中型汽车质量减少约10％的目标。为达减少质量的目标，日产汽车公司将增加新型材料使用量，如碳纤维复合物、玻璃纤维增强塑料、锰合金和超高强度钢板。据日本先进工业科学和技术研究院的数据，l～1．5吨的汽车质量减少100kg，可提高行驶里程lkm／L。
日本各界正积极合作攻关，研发用于汽车的低成本碳纤维材料。成本与钢铁汽车相当的“碳纤维汽车”有望在2015年前后实现商品化。据介绍，新型的汽车用碳纤维复合材料质量是现用钢铁材料的25％，但强度是钢材的10倍，以其制造的汽车可以节约燃油30％。目前的汽车中，钢铁材料约占车体质量的3／4；而“碳纤维汽车”中新材料几乎可以完全替代钢铁材料，相比目前的汽车，“碳纤维汽车”质量最多将减少40％。据介绍，阻碍“碳纤维汽车”商品化的关键因素是制造成本，2008年汽车用钢材的价格约为100多日元／kg、铝合金材料约为300～400日元／kg，而汽车用碳纤维复合材料的成本目前高达数千日元／ka。为了尽快降低新材料的成本，目前参加合作研发的有着名材料商东丽公司、汽车巨头日产及本田公司，还有东京大学等高校研究机构，他们的目标是在2015年前后使这一材料技术达到商品化阶段。
三.风力发电叶片
风能发电成本低廉，已成为人类开发新能源的重要领域。预计未来5年，风能发电的市场需求将以每年l 5％～20％的速度增长。风电应用将推动大丝束(24K)碳纤维产量的增长。全球对清洁能源的需求还将促进终端产品制造商的持续投资。近年来，虽然风力发电产业发展很快，但风力发电装备的关键部件(叶片)多使用玻璃纤维增强材料(GFRP)制造，难于满足叶片尺寸加大对刚性的要求。碳纤维增强材料(CFRP)在叶片上的应用，无疑将促进风能发电产业的发展。
到2010年碳纤维在风机叶片中的应用，将成为继航空航天后的第二大应用。欧洲和亚洲在这一领域远远领先于美国。全球风机装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。2008年，新的风机装机容量大约为19000MW。如果风机的平均容量为2．5MW，那么就需要安装7600台风机。叶片数量预计为22800片。
就风能系统而言，丹麦风机生产商维斯塔斯(Vestas)预测，到2020年全球的电力消耗量中，风电的份额最高将达到10％。该公司在风机叶片的载荷加强杆中使用碳纤维，目前为止已经安装了近3．4万套的风机系统。目前全球风能发电装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。
四.油田钻探领域
目前，碳纤维连续抽油杆已在我国部分油田得到应用。碳纤维复合材料有两种成型方式：拉挤和缠绕。碳纤维连续抽油杆就是拉挤成型的一种类似电影胶片的带子。虽然厚只有4．2毫米，宽仅32毫米，但是它比钢制抽油杆更耐疲劳、抗腐蚀，而且作业速度更快，更节能。据称，碳纤维抽油杆一年约可节电7万至8万千瓦·时。
深井钻井和开采其中一个难题就是井身管柱自重大，钢制油套管易变形断裂。深井管柱如果底下是钢的、上面是碳纤维复合材料的话，不仅能解决这个问题，而且还耐腐蚀，又轻，比强度高。目前，缠绕成型的高强轻质、耐腐蚀碳纤维油套管应用于海洋和深井钻采，国外已经形成成熟的配套技术系列。
据悉，碳纤维复合材料已能制成高强度钻杆，以适应更深的超深井和更长位移的大位移井钻井对降低钻柱重量、扭矩和拖拽载荷的需要。这种钻杆是通过在卷筒上缠绕碳纤维后，应用一种环氧基复合材料覆盖并密封而成，其优势在于重量轻，具有高强度重量比、超高的抗腐蚀能力以及较强的抗疲劳能力。
五.体育用品
在体育赛事越来越受瞩目的今天，人们期望通过装备器材的升级带动运动员挑战极限。为此，体育用品制造商在优化装备和器材设计的基础上，积极采用各种创新材料，其中碳纤维复合材料最受青睐。
三菱丽阳全资子公司格拉菲尔(Grafil)的碳纤维市场营销总监表示，30年中，公司掌握了很多加工过程的外延知识，而这些也正是生产高品质、高性能材料所必须的。
体育用品是检验平台。有人这样形容：“运动休闲市场往往是检验创新性的平台。”碳纤维生产企业通过为体育用品市场提供新材料，以及商业化的运作模式，很快就可以建立起一个庞大的产品性能数据库，不久这份数据就可以提供给航空航天市场。
体育设备制造商需要原料供应商保证其生产工艺可控。碳纤维有很多重要特性，其中拉伸强度和拉伸模量是终端用户最为关注的。碳纤维制造商通过控制前驱体材料和加工条件，即可控制这两个关键特性，进而得到合适的碳纤维。可以说，细分市场对先进复合材料的需求，促进了生产技术的发展。另一方面，原料供应商也一直在寻找能帮助客户开拓市场的材料新特性。最近所取得的创新成果主要是如何让产品变得更薄、更轻。
这些进展可促进碳纤维在各领域的应用，当然也包括运动休闲产品。其实，碳纤维最早的商业化应用就是休闲产品市场，其技术开发、工艺及产品改进是很多人共同努力的结果。
复合特性是碳纤维的应用推手。随着生产及应用技术的进步，碳纤维在体育用品中频频亮相。多年来，碳纤维在高尔夫球杆中的使用一直居首位，在曲棍球棍和自行车架中的应用也逐年增多。而在球拍、钓鱼竿、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体、背包、帐篷杆、垒球及棒球球棒产品中同样也可以看到碳纤维的身影。
碳纤维之所以用途如此广泛，主要是因为它可以制成各种复合材料。复合材料兼具树脂基体和碳纤维的特性，其性能随基体材料和碳纤维特性的不同而变化。碳纤维能够在体育用品及其他终端产品中被广泛采用，正是因为具备这种复合性能。
碳纤维的特殊性能让制造商可以控制产品的力学性能和动态性能，这并非金属等其他单一材料所能达到的。譬如，碳纤维让曲棍球棒变得更轻，取代了易折的木制球棒，它也促成了10米长鱼竿的问世。而高尔夫球杆的生产往往要使用两到三种不同类型的碳纤维材料，不同的层厚度、方向、拉伸模量特性可满足特定产品的需求。
2009年7月，浙江力霸皇集团开发生产的一体式碳纤维竞赛型自行车，在欧洲市场卖出了10万元一辆的天价，并且市场反应相当不错。力霸皇公司从2006年即开始研究碳纤维材料在自行车上的应用，2008年取得突破性进展，成为国内率先生产碳纤维自行车的企业。这种用碳纤维制造的竞赛型自行车，质量仅9．5千克，为普通自行车的2／5，但是抗撞击能力却是普通自行车的8倍。
六.建筑补强材料
土木建筑领域。碳纤维在抗震修补和增强措施中使用，其主要应用是工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等结构体之加固补强，以及结构中梁、板、柱、墙等构件之加固补强。碳纤维自重轻，强度高，耐久性好、抗腐蚀能力强，可耐酸、碱等化学品腐蚀，柔韧性佳，应变能力强，是桥梁加固和建筑物抗震补强的理想材料。近年来海外的需求量大增，日本的碳纤维耐震补强材料和技术已向海外扩展。此外，用碳纤维管制的桁梁构架屋顶，比钢制品轻1／2，使大型结构物达到了实用化的水平，而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。由于我国拥有世界上最大的土木建筑市场，碳纤维作为加固建筑结构材料的应用将面临良好的市场机遇。
如今，一种比头发丝细100倍的纤维状碳材料正引发新一场变革。有人预言，人类社会将进入“碳纤维时代”。
碳纤维是一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料，是新一代的增强纤维。它的密度不到钢的1／4，但抗拉强度却是钢的7～9倍，抗拉弹性也高于钢；与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量(指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量)是其3倍多；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。正是由于兼具优异性能，碳纤维在国防和民用领域均有广泛的应用前景。
碳纤维是指含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维。它是以化纤和石油产品经特殊工艺制成的纤维。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防、军工和民用方面都是重要材料。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料，是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，在当今世界高速工业化的大背景下，碳纤维用途正趋向多样化、核心化。
由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们现在还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。根据原料及生产方式不同，碳纤维主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维等。
碳纤维除了用于航空航天领域、国防军事领域和体育休闲用品外，汽车构件、风力发电叶片、建筑加固材料、增强塑料、钻井平台等碳纤维新市场也正在兴起。待开发市场有压力容器、医疗器械、海洋开发、新能源等领域，目前几个主要应用领域的情况如下。
一.航空航天领域
碳纤维复合材料以其独特、卓越的理化性能，广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天业。例如采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机、卫星、火箭等宇宙飞行器，不但推力大，噪音小；而且由于其质量较轻，所以动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少lkg，就可使运载火箭减轻500kg。2007年面世的超大型飞机A380，复合材料的密度已达23％。预计于2010年问世的A350超宽客机，其高性能轻质结构所占比例将达62％，成为空客公司第一架全复合材料机翼飞机。轻质“外衣”不仅能有效克服质量与安全之间固有的矛盾，还能大幅降低飞机能耗。以A380为例，其首架飞机每位乘客的百千米油耗不到3L，而A350的百千米油耗预计只有2．5L／人，几乎可以跟现在的小汽车媲美。
航空航天领域是世界碳纤维的传统市场，航空器中碳纤维复合材料的使用量未来几年将以年均12％的速度继续增长，估计将从2008年的8200吨增加至2010年的1万吨以上，2012年可达1．3万吨。碳纤维复合材料约占空客A380飞机35吨结构材料中的20％以上，包括中央翼盒、机尾组件以及压舱壁。波音787中结构材料有近50％需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料，包括主机翼和机身。金属结构材料采用碳纤维复合材料后不仅可以减轻机身质量，而且还可以保证不损失强度或刚度，大大提高了燃油经济性。新一代的客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。同时，碳纤维在中小型喷气客机中的需求也将快速增长。例如，三菱重工计划利用碳纤维复合材料制作新一代支线喷气客机MRJ主机翼和尾部组件，该机型预计在2013年进入市场。
机体结构复合材料化程度被认为是飞机先进性的重要标志，可以说是“一代飞机，一代材料”。国外复合材料在军机、直升机、无人机上的用量早已达到或超过50％，如今在大型客机上的用量也超过了50％。
空客集团研制的超大型客机A380目前已交付使用。飞机复合材料占25％，主要应用部件包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等，仅中央翼盒用复合材料就达
5．3吨，实现减重1．5吨。A380是第一个将复合材料应用于受载很大的中央翼盒的大型民用机，开创了大型民用机大规模采用复合材料的先河。
美国波音飞机公司研制的B787飞机也已于2007年成功下线，整机主要结构均采用碳纤维复合材料制成，从外表看，除机翼、尾翼前缘、发动机挂架外，几乎看不到金属。这是世界上第一个采用复合材料机翼和机身的大型客机，被公认为复合材料发展史上的一个重要的里程碑。复合材料的大量应用大幅减轻了飞机的结构重量，并使飞机的燃油效率提高20％。
美国波音公司20世纪90年代初推出的波音777型客机就大量采用了这种新型材料，使用比例约占10％。波音777飞机利用碳纤维做结构材料，包括水平和垂直的横尾翼与横梁，如果这两部分重要的结构受损，那么整个飞机在飞行的过程中就可能坠毁；这些材料被称为“首要的结构材料”，所以对其质量要求极其苛刻。对于波音777飞机，日本东丽公司是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商；欧洲空客也在其飞机上使用了大量的碳纤维，东丽公司的TORAYCA碳纤维将被大量应用在新型客机A380上。
波音公司即将推出新一代高速宽体客机--“音速巡洋舰”，约60％的结构部件都采用强化碳纤维塑料复合材料，其中包括机翼，这种材料比铝更加轻便，但强度不相上下。据称，如果客机中所有部件都使用这种复合材料，那么，新型客机的飞行速度会提高15％～20％。
波音公司于2007年7月初正式推出的中型“绿色”喷气客机787 Dreamliner，可以载客330人，长途飞行时可节约高达20％的燃料，由此减少温室气体排放。波音推出的787 Dreamliner新机型于2008年在日本的全日空航线上投入商业服务，其创新的设计特征包括：飞机绝大部分使用高科技塑料复合材料代替铝材质；飞机主要结构的50％左右，包括机身和机翼均采用复合材料如碳纤维制作。由于机身整体采用复合材料制造，从而无需使用1500块铝板材和4万～5万个紧固件；与传统的材料相比，使用复合材料会使飞机更为强固和轻巧，可以提高燃油利用效率。这种创新性的结构使飞机提高了运营经济性，同时提高了耐用性。
波音787 Dreamliner在华盛顿的组装车间
2005年新型空中客车A350和波音787客机Dreamliner投产给碳纤维工业带来显着的推进作用。空中客车A350中复合材料用量已接近总质量的40％；波音787机翼和机身上使用的复合材料超过了50％，质量的减少可以使其节约大约20％的燃料费，加上腐蚀等方面费用的节省，更是惊人。据市场称，波音和空中客车每年交付使用客机大约250～350架。
欧洲空中客车公司研制的世界最大民用货机A380F于2005年4月投入生产，生产过程中更多地采用了碳纤维材料，翼展79．8m、长73m、高24．1m，相当于8层高的楼房，是世界上正在制造的最大货机，设计商用载重量可达150吨、航程1．04万km。A380F的中央翼盒采用了碳纤维增强塑料，这种材料质量轻、强度高，采用新型材料和高技术将使A380F在性能上比老一代大型飞机更具优势。空中客车公司认为，全球货运市场在未来20年内将快速发展，但目前承运商面临着收益减少和货物密度下降的压力，因此承运商希望货机容量更大，以降低单位成本，A380F正是为这一需求而设计的。首架A380F于2008年投入运营。
最近几年，尤其在亚洲和欧洲，飞机乘客数量的增加促进了对新飞机的需求。《空客全球市场预测》估计，2006年～2025年间，飞机运营商将需要22700架客机和货机。这些OEM正引领着结构性复合材料用量的巨大增长，其中包括碳纤维，其最新的应用就是B787和A380飞机。
截至2007年12月，空客A380就收到189个订单。A380为大型喷气式客机，其结构(包括主要结构)使用了22％的碳纤维复合材料。截至2008年1月中旬，波音公司宣布B787订单达到857架。B787中碳纤维／环氧预浸料的唯一供应商是东京的东丽公司(Toray)，两家公司已经就Torayca预浸料签订了长达18年的供应合同。一直到2021年。据报道，787主要结构的合同价值高达20．3亿欧元(30亿美元)。
碳纤维在中小型喷气客机中的需求也将快速增长。例如，三菱重工利用碳纤维复合材料制作新一代支线喷气客机MRJ主机翼和尾部组件，该机型预计在2013年进入市场。
欧洲空中客车公司授予赫氏复材(Hexcel公司)其远程宽体客机A350XWB主结构件的长期供应合同，此合同要求赫氏复材供应碳纤维复合材料直至2025年。随着A350XWB设计告一段落，赫氏复材和空客公司将共同对用于主结构件的赫氏复材产品进行确认，并完成最终的规范和认证。此合同预计将给赫氏复材带来40～50亿美元的收人。另外，除用于主结构件外，赫氏复材的复合材料还将用于A350的次结构件和内装饰部件，产品包括织物、树脂、预浸料、胶膜、蜂窝、HexMC模压件等，这些与A350相关的材料也将为赫氏复材带来相当可观的收入。根据该合同，赫氏复材将主要提供用新一代高韧性环氧树脂浸渍HexTow茁中模量碳纤维的HexPly茁预浸料。赫氏复材为扩大产能将明显增加投资，以满足日益增长的A350的订单。确切的投资规模和时间将按照空客公司与其它供应商的预测进行。复合材料及其部件由赫氏复材在美国、法国、西班牙、德国及英国的工厂生产。
二.汽车构件
由于目前碳纤维的价格偏高，汽车只能说是未来潜在的大市场。但随着钢价持续上扬将可缩小两者间的差距。而采用碳纤维材质将可改善车辆的燃料效能，并使二氧化碳排放减少30％。今后随着大丝束碳纤维价格的进一步下降及回收技术的确立，预期将应用于汽车的许多部件和结构材料。目前碳纤维复合材料传动轴、刹车片、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用，虽然现在主要是用在豪华车型，但预计未来将在大众车型中推广。日产汽车、本田汽车和东丽公司将联手开发汽车车体用的新型碳纤维材料，使车体较使用钢材轻40％。随着碳纤维成本的降低和世界范围内对环保要求的提高，碳纤维在汽车行业的需求前景也较为乐观。
日本政府亦支持该项计划，希望在全球开发环保车辆的趋势中取得领先地位。日本经济产业省计划未来五年投资这项计划20亿日元(1，850万美元)。
现在，碳纤维材料也成为了汽车制造商青睐的材料，在高级汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，质量仅相当于钢材的20％～30％，硬度却是钢材的10倍以上；所以，采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的效益。业界认为，碳纤维在汽车制造领域的使用量会越来越大。据悉，福特和保时捷生产的GT型赛车发动机机罩已全部采用碳纤维材料；奔驰的57S型轿车原来内装饰全部是木质材料，现在则以碳纤维替代；通用的雪佛莱轿车底盘的内装饰材料也采用碳纤维；宝马公司将M6型轿车的顶篷全部采用碳纤维，并进行技术处理，使其保持金属材料的光泽。
梅赛德斯一奔驰新推出的SLR迈凯轮超级跑车运用了高强度碳纤维复合材料，车身几乎全部采用碳纤维复合材料制成，该车最高时速可以达到334 km／h，这款跑车能够具有如此超高速度，除了采用强悍的动力系统和借鉴F1赛车设计理念外，由高强度碳纤维复合材料制成的车身大大降低了其整车质量，也是使该款超级跑车性能如此卓越的一大“功臣”。与钢材相比，碳纤维复合材料质量只有钢的50％，而在碰撞中对能量的吸收能力却比钢或铝高出4～5倍；梅赛德斯一奔驰充分利用该材料的这些特性，不仅降低了车身自重，还可以为乘员提供最大限度的安全保障。设计者在SLR的前端结构中嵌入了两根620ram长的碳纤维纵梁，作为车头碰撞缓冲部件，在发生正面碰撞时，碰撞能量可以被有效吸收，从而确保乘员舱完好无损；不仅如此，由于SLR的乘员舱也全部采用碳纤维复合材料制成，当发生侧面或尾部碰撞时，乘员也可以有充足的安全空间，使人们在乘驾“公路上的F1赛车”时，免去了许多后顾之忧。
法国汽车生产商标致公司于2007年8月初推出了更轻量化的308 RC Z概念新车(见下图)，塑料创新型应用使汽车更加轻量化，全车大量使用了聚碳酸酯(PC)和碳纤维，将聚碳酸酯制作的后部挡风玻璃与大量碳纤维制作的车身组件组合在一起，汽车顶棚板采用碳纤维制作。
日产汽车公司于2007年底制定目标：到2015年汽车的质量比2005年减少15％，以节减10％的燃料消耗。丰田公司也制定了中型汽车质量减少约10％的目标。为达减少质量的目标，日产汽车公司将增加新型材料使用量，如碳纤维复合物、玻璃纤维增强塑料、锰合金和超高强度钢板。据日本先进工业科学和技术研究院的数据，l～1．5吨的汽车质量减少100kg，可提高行驶里程lkm／L。
日本各界正积极合作攻关，研发用于汽车的低成本碳纤维材料。成本与钢铁汽车相当的“碳纤维汽车”有望在2015年前后实现商品化。据介绍，新型的汽车用碳纤维复合材料质量是现用钢铁材料的25％，但强度是钢材的10倍，以其制造的汽车可以节约燃油30％。目前的汽车中，钢铁材料约占车体质量的3／4；而“碳纤维汽车”中新材料几乎可以完全替代钢铁材料，相比目前的汽车，“碳纤维汽车”质量最多将减少40％。据介绍，阻碍“碳纤维汽车”商品化的关键因素是制造成本，2008年汽车用钢材的价格约为100多日元／kg、铝合金材料约为300～400日元／kg，而汽车用碳纤维复合材料的成本目前高达数千日元／ka。为了尽快降低新材料的成本，目前参加合作研发的有着名材料商东丽公司、汽车巨头日产及本田公司，还有东京大学等高校研究机构，他们的目标是在2015年前后使这一材料技术达到商品化阶段。
三.风力发电叶片
风能发电成本低廉，已成为人类开发新能源的重要领域。预计未来5年，风能发电的市场需求将以每年l 5％～20％的速度增长。风电应用将推动大丝束(24K)碳纤维产量的增长。全球对清洁能源的需求还将促进终端产品制造商的持续投资。近年来，虽然风力发电产业发展很快，但风力发电装备的关键部件(叶片)多使用玻璃纤维增强材料(GFRP)制造，难于满足叶片尺寸加大对刚性的要求。碳纤维增强材料(CFRP)在叶片上的应用，无疑将促进风能发电产业的发展。
到2010年碳纤维在风机叶片中的应用，将成为继航空航天后的第二大应用。欧洲和亚洲在这一领域远远领先于美国。全球风机装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。2008年，新的风机装机容量大约为19000MW。如果风机的平均容量为2．5MW，那么就需要安装7600台风机。叶片数量预计为22800片。
就风能系统而言，丹麦风机生产商维斯塔斯(Vestas)预测，到2020年全球的电力消耗量中，风电的份额最高将达到10％。该公司在风机叶片的载荷加强杆中使用碳纤维，目前为止已经安装了近3．4万套的风机系统。目前全球风能发电装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。
四.油田钻探领域
目前，碳纤维连续抽油杆已在我国部分油田得到应用。碳纤维复合材料有两种成型方式：拉挤和缠绕。碳纤维连续抽油杆就是拉挤成型的一种类似电影胶片的带子。虽然厚只有4．2毫米，宽仅32毫米，但是它比钢制抽油杆更耐疲劳、抗腐蚀，而且作业速度更快，更节能。据称，碳纤维抽油杆一年约可节电7万至8万千瓦·时。
深井钻井和开采其中一个难题就是井身管柱自重大，钢制油套管易变形断裂。深井管柱如果底下是钢的、上面是碳纤维复合材料的话，不仅能解决这个问题，而且还耐腐蚀，又轻，比强度高。目前，缠绕成型的高强轻质、耐腐蚀碳纤维油套管应用于海洋和深井钻采，国外已经形成成熟的配套技术系列。
据悉，碳纤维复合材料已能制成高强度钻杆，以适应更深的超深井和更长位移的大位移井钻井对降低钻柱重量、扭矩和拖拽载荷的需要。这种钻杆是通过在卷筒上缠绕碳纤维后，应用一种环氧基复合材料覆盖并密封而成，其优势在于重量轻，具有高强度重量比、超高的抗腐蚀能力以及较强的抗疲劳能力。
五.体育用品
在体育赛事越来越受瞩目的今天，人们期望通过装备器材的升级带动运动员挑战极限。为此，体育用品制造商在优化装备和器材设计的基础上，积极采用各种创新材料，其中碳纤维复合材料最受青睐。
三菱丽阳全资子公司格拉菲尔(Grafil)的碳纤维市场营销总监表示，30年中，公司掌握了很多加工过程的外延知识，而这些也正是生产高品质、高性能材料所必须的。
体育用品是检验平台。有人这样形容：“运动休闲市场往往是检验创新性的平台。”碳纤维生产企业通过为体育用品市场提供新材料，以及商业化的运作模式，很快就可以建立起一个庞大的产品性能数据库，不久这份数据就可以提供给航空航天市场。
体育设备制造商需要原料供应商保证其生产工艺可控。碳纤维有很多重要特性，其中拉伸强度和拉伸模量是终端用户最为关注的。碳纤维制造商通过控制前驱体材料和加工条件，即可控制这两个关键特性，进而得到合适的碳纤维。可以说，细分市场对先进复合材料的需求，促进了生产技术的发展。另一方面，原料供应商也一直在寻找能帮助客户开拓市场的材料新特性。最近所取得的创新成果主要是如何让产品变得更薄、更轻。
这些进展可促进碳纤维在各领域的应用，当然也包括运动休闲产品。其实，碳纤维最早的商业化应用就是休闲产品市场，其技术开发、工艺及产品改进是很多人共同努力的结果。
复合特性是碳纤维的应用推手。随着生产及应用技术的进步，碳纤维在体育用品中频频亮相。多年来，碳纤维在高尔夫球杆中的使用一直居首位，在曲棍球棍和自行车架中的应用也逐年增多。而在球拍、钓鱼竿、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体、背包、帐篷杆、垒球及棒球球棒产品中同样也可以看到碳纤维的身影。
碳纤维之所以用途如此广泛，主要是因为它可以制成各种复合材料。复合材料兼具树脂基体和碳纤维的特性，其性能随基体材料和碳纤维特性的不同而变化。碳纤维能够在体育用品及其他终端产品中被广泛采用，正是因为具备这种复合性能。
碳纤维的特殊性能让制造商可以控制产品的力学性能和动态性能，这并非金属等其他单一材料所能达到的。譬如，碳纤维让曲棍球棒变得更轻，取代了易折的木制球棒，它也促成了10米长鱼竿的问世。而高尔夫球杆的生产往往要使用两到三种不同类型的碳纤维材料，不同的层厚度、方向、拉伸模量特性可满足特定产品的需求。
2009年7月，浙江力霸皇集团开发生产的一体式碳纤维竞赛型自行车，在欧洲市场卖出了10万元一辆的天价，并且市场反应相当不错。力霸皇公司从2006年即开始研究碳纤维材料在自行车上的应用，2008年取得突破性进展，成为国内率先生产碳纤维自行车的企业。这种用碳纤维制造的竞赛型自行车，质量仅9．5千克，为普通自行车的2／5，但是抗撞击能力却是普通自行车的8倍。
六.建筑补强材料
土木建筑领域。碳纤维在抗震修补和增强措施中使用，其主要应用是工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等结构体之加固补强，以及结构中梁、板、柱、墙等构件之加固补强。碳纤维自重轻，强度高，耐久性好、抗腐蚀能力强，可耐酸、碱等化学品腐蚀，柔韧性佳，应变能力强，是桥梁加固和建筑物抗震补强的理想材料。近年来海外的需求量大增，日本的碳纤维耐震补强材料和技术已向海外扩展。此外，用碳纤维管制的桁梁构架屋顶，比钢制品轻1／2，使大型结构物达到了实用化的水平，而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。由于我国拥有世界上最大的土木建筑市场，碳纤维作为加固建筑结构材料的应用将面临良好的市场机遇。
