碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、 汽车、 电子、 机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。球棒等体育领域。
复合材料
碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。碳纤维在传统使用中除用作绝热保温材料外。多作为 增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维已成为先进复合材料最重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。 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。
土木建筑
土木建筑领域：碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强， 在铁路建筑中，大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用，这些也将是碳纤维很有前景的应用方面。具有密度小， 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， 应变能力强的特点。用碳纤维管制作的桁梁构架屋顶， 比钢材轻50%左右， 使大型结构物达到了实用化的水平， 而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外， 碳纤维做补强混凝土结构时， 不需要增加螺栓和铆钉固定， 对原混凝土结构扰动较小， 施工工艺简便 。
航空航天
碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。将碳纤维复合材料应用在战略导弹的弹体和发动机壳体上，可大大减轻重量，提高导弹的射程和突击能力，如美国80年代研制的洲际导弹三级壳体全都采用碳纤维和环氧树脂复合材料。碳纤维复合材料在新一代战斗机上也开始得到大量使用，如美国第四代战斗机F22采用了约为24%的碳纤维复合材料，从而使该战斗机具有超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。美国波音推出新一代高速宽体客机的音速巡洋舰，约60%的结构部件都将采用强化碳纤维塑料复合材料制成，其中包括机翼。中国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件性能达到国际水平。采用这一预制件技术所制备的的国产碳和碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机，并在B757型民航飞机上使用，在其它机型上的使用也在实验考核中，并将向坦克、高速列车、高级轿车、赛车等推广使用。碳纤维比铝轻但强度相似。碳纤维在舰艇上也有重要的应用价值，可减轻舰艇的结构重量，增加舰艇有效载荷，从而提高运送作战物资的能力，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题。 由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机以及卫星、火箭等 宇宙飞行器，噪音小，而且因质量小而动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500千克。
碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具实现“轻量化“的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。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和横梁称为重要结构材料，所以对其质量要求极其苛刻。波音787的机身也采用碳纤维，这使飞机飞得更快，油耗更低，同时能增加客舱湿度，让乘客更舒适。空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维，碳纤维将被大量应用在新型客机A380上。这使飞机机体的结构重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。
汽车材料
碳纤维材料也成为汽车制造商青睐的材料，在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，重量仅相当于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化，取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。业界认为，碳纤维在汽车制造领域的使用量会变大。
中科院研发的一辆碳纤维小汽车主要在外壳上：在普通材质的汽车引擎盖上，榔头用力敲击，漆盖上很有可能会有凹陷，而这辆车的车壳却非常坚固，用力敲击车盖后会迅猛反弹，表面丝毫未损。研究人员表示采用碳纤维复合材料做的汽车，比起普通用钢材制造的汽车的最大特点是轻和快。碳纤维汽车抛弃了传统的钢结构，大量采用碳纤维材料制成，比普通钢材的汽车重量能减少60%。在同样用油情况下，这辆车每小时可以多开50公里 。
碳纤维虽然轻，但有较好的安全性，虽然碳纤维的看起来像塑料，但实际上这种材料抗冲击性比钢铁强，特别是用碳纤维做成的方向盘，机械强度和抗冲性更高。在复合材料的配合下，碳纤维汽车成了家用车中的装甲车。这种碳纤维材料已经在高速列车的裙摆上应用。
纤维加固
碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。中国的这项技术起步很晚，但随着中国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。
中国从1997年开始从国外引进碳纤维复合材料加固混凝土结构技术研究。成为了研究和工程应用的热点。国内已有数十个高校和科研院所开展了此项研究工作，并取得了一批接近国际先进水平的研究成果。由于中国具有世界上最为巨大的土木建筑市场，碳纤维加固建筑结构的应用将呈现不断增长的的趋势。
体育用品
碳纤维在运用在运动休闲领域中，像球杆、钓鱼竿、网球拍羽毛球拍、自行车、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体等运动用品都是碳纤维的主要用户之一。碳纤维运用在日常用品，像音响、浴霸、取暖器等家用电器以及手机、笔记本电脑等电子产品也可以看到碳纤维的身影。
体育应用中的三项重要应用为球棒和球拍框架。据估计每年的球棒的产量为3400万副。全世界40%的碳纤维球棒都是由碳纤维制成的。全世界碳纤维钓鱼杆的产量约为每年2000万副。网球拍框架的市场容量约为每年600万副，其它的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖等。碳纤维还应用在划船、赛艇等其它海洋运动中。
材料特性
物理性质
碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。导热率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值（0.72到0.90），而垂直于纤维方向是正值（32到22）。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。
碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外， 其外形有显著的 各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小， 沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。 碳纤维复合材料拉伸强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比， 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）是玻璃纤维的3倍多；与 凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维 环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。
碳纤维还具有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数），一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能， 因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。
碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
碳纤维直径只有5微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上。
化学性质
碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被 强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO 2。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的 耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。当碳纤维复合材料与与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性 。
主要产品
碳纤维除了用于航空航天领域、国防军事领域和体育用品外，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被正在运用。此外还运用在压力容器、医疗器械、海洋开发、新能源等领域。 碳纤维的其它应用包括机器部件、家用电器及与半导体相关的设备的复合材料的生产，可以用来起到加强、防静电和电磁波防护的作用。另外，在X射线仪器上碳纤维的应用可以减少人体在X 射线下的暴露。
碳纤维布
碳纤维布又称碳素纤维布，碳纤布，碳布，碳纤维织物，碳纤维带，碳纤维片材（预浸布）等 。碳纤维布是一种单向碳纤维产品，通常采用12K碳纤维丝织造。重量最轻的是1K碳布，中国碳纤维车架单车、三脚架基本使用3K碳布。1K碳纤维管材由于从碳丝的等级，树脂的成分，碳布的密度，成型的压力温度等等工艺都非常严格，1K碳布价格是3K碳布的3倍。可提供两种厚度：0.111mm（200g）和0.167mm（300g）。碳纤维布强度高，密度小，厚度薄，基本不增加加固构件自重及截面尺寸。碳纤维广泛适用于建筑物桥梁隧道等各种结构类型、结构形状的加固修复和抗震加固及节点的结构加固。
在专业运动鞋上使用的碳板，也可被称为碳纤维增强环氧树脂材料，事实上是将碳纤维织成布，再浸入环氧树脂固化后形成的板材。它以较轻的重量达到了相当好的弹性和刚度。在上世纪 90 年代就出现了鞋底嵌入碳板的篮球鞋。相比于软质鞋底，它可以提高对足底和足弓的支撑能力，使足部在发力时，足底更不容易变形，承托力更加均匀，进而提高抗扭性。这样可以提高运动能力，减少受伤的可能。最近几年，市场上又出现了一种鞋底嵌入碳板的跑鞋，生产商声称通过精心调整碳板的形状和弹性，配合高弹性的缓冲层，可以在跑步过程中恰当地发挥碳板的回弹能力，提高能量的利用率，最终有助于提高长跑成绩。著名长跑运动员基普乔格（Eliud Kipchoge）在 2017 年首次将碳板跑鞋应用于大型赛事中，并取得了相当惊人的成绩。他在近几年连破马拉松世界纪录，很多人认为，他所使用的最新技术的碳板跑鞋对此成绩也有一定的贡献。
在球鞋里的碳板应该称之为碳纤维防扭转承托盘。首先，它的防扭转的主要功能就是为了保护我们的足弓，因为球员在变向时，球鞋与脚之间产生的作用力是非常大的，所以碳板的存在就能够防止球员的足弓发生巨大的扭转。其次，作为一个承托盘，它需要保证球鞋的支撑性，稳定性，使得球员上脚后的能够适应激烈的运动。
所以说，在球鞋这方面，防扭转承托盘这个结构是必不可少的。而且，使用碳纤维复合材料制作的承托盘，韧性，弹性，强度都很高，并且它的重量要更轻
下面来总结下碳纤材料的几个优点：
1、重量轻：明显较其他材料降低鞋的重量
2、韧性好：使鞋底有很高的弹性，延长使用寿命
3、强度好：在大运动量下使鞋底不变形图片
碳纤维车架的特征是「轻、钢性好、冲击吸收性好」，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。
(1).可以制作重量轻的车架
碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。
(2).冲击吸收性好
碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。
(3).可以制造各种形状的车架
碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架，如TREK的Y车架。
碳纤维在纺织行业的5个应用实例
1、梭子和箭杆：梭子和箭杆是纺织行业里出现的较早的工具，木质梭棒重约1.2kg，碳纤维梭棒只有0.1kg，相差11倍之多，木梭的穿梭频率为120-130次/分，碳纤维梭可以达到250次/分，另外木梭寿命为6个月，碳纤维梭可以达到6年。
2、碳纤维综片框和缠线器卷芯：织布机的出现，让梭子退休，整体的转速提高，织物宽幅变大，转速可达1700rpm，杼宽达2m，为了抑制长大杼的变形，在综片框上采用了轻质、高刚性的碳纤维复合材料。
另外织布机缠线器的卷芯通常是钢管，插入纸管后，加气压则产生小突起，成为固定纸管的结构，不过重量限制了卷芯的转速，同时也提高了能耗。换成碳纤维辊之后，重量减轻很多，插到直管上，无论是织布机的安装作业还是从卷好的织物中取下的人力作业都轻松很多。
3、碳纤维增强尼龙齿轮：纺机设备原本使用纯尼龙齿轮，不过强度低、抗疲劳性差，导致使用寿命短，还需要频繁维护。换成碳纤维增强尼龙齿轮，不仅提升了强度和韧性，延长了使用寿命，同时还具备一定的导电性，防静电效果出色。碳纤维结合尼龙材质，让它具备了不错的抗冲击能力，耐磨性也更加出色，相比铸铁齿轮，噪声降低30%，能耗降低20%。
4、经编机槽针床：针床原先由金属制成，在温度变化时，针距也会发生变化，如果针距变化不一致，还会出现擦针的问题。如果换成碳纤维复合材料的针床，槽针床基体由碳纤维预浸料进行叠层，因槽针床的重量较轻，有利于提高经编机的编织速度和降低能耗。另外编织时针床不会受机器运转温度升高的影响而产生膨胀导致擦针，有利于提高经编机的编织速度
5、碳纤维辊轴：碳纤维辊应该算是纺织行业里使用频率最高的一种了，传统辊轴采用钢制，自重太大，严重影响设备转速。后续换成塑料材质辊轴，却存在强度不够的问题。碳纤维辊轴重量较钢制辊轴轻70%左右，可高速运转，期间跳动小、噪音低、直线度更好。因为自重降低，辊轴转速提高了30%，而且启动辊轴的时间更快，降低了能耗。从长远角度来看，碳纤维辊轴的强度大，抗疲劳性突出，长时间高转速工作下，也能保持较长的使用寿命，节约了维护的成本。
