“新材料之王”​——碳纤维还能有哪些突破？

  7月19日，小米MIXFold4发布，为了可靠耐用，也为了极致减薄，小米率先在手机上采用全碳架构，大量采用了T800H高强度碳纤维，宣告了碳纤维材料在消费电子领域的新纪元。

什么是全碳架构？全碳架构是小米MIXFold4的核心创新，即在转轴、屏幕和中框都使用了100%碳纤维材料，总面积超过33552mm²，抗拉强度达5500MPa，抗冲击强度提升300%，同体积重量只有前代旗舰铝合金材质的1/15，使得MIXFold4成为市场上碳纤维使用量最大的折叠屏手机。

碳纤维是什么？
碳纤维是一种稀有材料，细如发丝，比重不到钢的1/4，强度却是钢的7~9倍，且耐腐蚀能力超强，被称为“黑黄金”，“新材料之王”，广泛应用于航空航天、轨道交通、船舶车辆、新能源等领域。

碳纤维，是由聚丙烯腈（或沥青、粘胶）等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维，是目前量产高性能纤维中比强度和比模量最高的纤维。

根据丝束规格，可分为小丝束和大丝束两类：

小丝束：碳纤维丝束规格低于24K，单丝数量在1000~24000根之间；主要应用于国防军工如飞机、导弹、火箭、卫星等高科技领域，以及体育休闲用品，如高尔夫球杆、网球拍等。

大丝束：碳纤维丝束规格达到或超过48K，单丝数量超过48000根，包括48K、60K、80K等，主要应用于工业，包括纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等领域。

我国碳纤维的主要企业有吉林化纤、中复神鹰、宝旌碳纤维、上海石化、江苏恒神、太钢钢科、蓝星、中油吉化、新创碳谷、新疆隆矩、光威复材、中简科技、长盛科技、晓星中国，还有河南永煤、西安康本、煤化所扬州基地等。

新材料之王的多元化应用

碳纤维，最近频繁出现，从手机到航天航空，好像无处不在，具体来看看！

全球首列用碳纤维做的地铁

6月26日，全球首列用于商业化运营的碳纤维地铁列车“CETROVO 1.0碳星快轨”，在山东青岛正式发布。

与传统金属材料的地铁车辆相比，该碳纤维地铁车辆的车体减重25%，转向架构架减重50%，整车减重约11%，运行能耗降低7%，每列车每年可减少二氧化碳排放约130吨。

用碳纤维制造出的火箭发动机外壳

近日，湖北三江航天江北机械工程有限公司在“快舟11号”上使用的碳纤维工艺技术又提升了。

以往，火箭发动机壳体多用金属合金材料制造，工艺成熟但重量较大。早在2022年底，“快舟11号”全箭主体结构就首次采用碳纤维复合材料，并且实现了国产替代。

江北公司所使用的制造工艺，是用由1.2万根碳纤维丝制成的“线束”材料缠绕而成。每根碳纤维丝的直径只有一根头发丝的1/10。

与金属材料制造工艺相比，采用碳纤维材料制造新工艺可使火箭发动机外壳减重4成左右。新材料质地柔软，但制造出的火箭发动机外壳强度、韧性并不低，是金属的数倍，且可承受火箭飞行过程中产生的高温等极端挑战。

全碳纤维复合材料3D打印技术无人机

近日，国内首架全碳纤维复合材料3D打印技术验证机试飞成功。

该样机由同济大学航空航天与力学学院先进复合材料设计与制造团队、飞行器设计与制造团队联合中国商飞上海飞机设计研究院追风工作室成功应用连续碳纤维增强树脂基复合材料3D打印技术制造。

碳纤维还能做录取通知书

甚至，碳纤维的应用已经触及到教育领域。北京化工大学高考录取通知书，采用“细如发丝,轻如鸿毛,强如钢铁,贵如黄金”的碳纤维复合材料制成，厚度仅有0.2mm，在阳光下变换角度，可呈现颜色变化，极具艺术与科学之美。

碳纤维在低空经济中担任重要角色

6月16日，小鹏汇天旅航者X2在北京大兴国际机场临空经济区完成首飞。据悉，小鹏汇天旅航者X2全机身采用碳纤维材料打造，兼顾安全性和轻量化。

在低空经济中，碳纤维以高强度、低密度等特性成为了制造飞行汽车复合材料的理想选择。其中在eVTOL设计中复合材料中碳纤维比例达90%以上。

从头部eVTOL制造商亿航智能、小鹏汇天、峰飞航空等公司公布的设计方案看，机身结构均采用碳纤维复合材料。

载人飞碟eVTOL——“UFO”首飞

7月11日，一款“飞碟”形电动垂直起降载人航空器（简称eVTOL）在广东深圳盐田区大梅沙海滨公园完成首飞。机壳采用碳纤维等复合材料和航空级铝合金制造，兼具高强度与低重量。

未来展望

碳纤维可以应用到那么多的领域，可称之为全能材料，那未来又如何发展呢？

此前，化工新材料曾报道由于我国行业内的无序投资和重复建设，导致了市场上碳纤维供应过剩的问题。但是高端领域我国主要还是依靠进口，因此高端化和创新应用是碳纤维未来发展的主要方向。