碳纖維為束絲狀纖維，一束碳纖維往往由成千上萬根單絲組成，碳纖維單絲直徑與人毛發直徑對比如圖1所示，一般人毛發直徑為50-100 μm，而碳纖維直徑為5-10 μm，僅僅為毛發直徑的1/10。
 

　　▲圖1 碳纖維單絲直徑與毛發直徑對比

 

　　雖然碳纖維直徑小，但是碳纖維力學性能優異，其比強度和比模量是金屬鋼的數倍，甚至也遠遠高于鈦合金和鋁合金（圖2），因此，碳纖維可以在保證結構件具有高性能同時，又可以大幅降低結構件的重量。

 

 

▲圖2 碳纖維比強度、比模量與金屬材料對比

 

　　國外公司使用碳纖維材料加工制造了輕量化汽車，其主體框架結構由兩名成人輕而易舉便抬起來（圖3），碳纖維輕量化效果凸顯。

 

▲圖3 碳纖維輕量化汽車框架結構

 

　　目前碳纖維已經在輕量化汽車領域獲得廣泛應用，如圖4所示，汽車車頂、前后擾流板、行李箱蓋框架、發動機蓋等均由碳纖維增強熱塑性復合材料制造，質量輕、剛度大、外觀美觀；汽車車門等采用碳纖維增強熱固性復合材料制造質量輕、沖擊能量吸收率高。

 

 

▲圖4 碳纖維在汽車輕量化領域應用廣闊

 

　　德國奧迪公司使用純碳纖維打造的自行車重量僅僅為5kg，一名兒童也可以將其舉起來（圖3），毫不避諱的講，碳纖維輕量化應用已經逐漸擴展到我們生活中的方方面面。

 

▲圖5 碳纖維自行車

 

　　然而，碳纖維之所以成為熱點材料，還是因為其在航空航天等高端領域的應用。如歐洲空客公司A350碳纖維復合材料的用量達到53%，而美國第四代戰機F-22戰機、F-35戰機碳纖維復合材料比重分別為24%、36%。

▲圖6 碳纖維在民用和軍用飛機領域的應用

 

　　此外碳纖維應廣泛用于戰略導彈，上世紀60年代美國開發“北極星”導彈殼體采用玻璃纖維復合材料后，射程從2200千米增至4600千米。而上世紀80年代研發的三叉戟II潛射導彈改用碳纖維復合材料后（圖7），射程進一步提升至1.2萬千米，命中精度達90米，成為美軍戰略威懾力量的中堅。
 

 

▲圖7 美國三叉戟潛射導彈