先進復合材料自上世紀60年代中期誕生以來，其應用歷來分為三大領域：以航空航天為主的國防軍工系統應用，目前約占20%左右；體育休閑用品，目前約占20%左右；工業(yè)領域應用，目前約占60%左右。此處所言的先進復合材料，主要系指碳纖維增強樹脂基復合材料。我多年來是從碳纖維的產耗量入手研究先進復合材料在民用領域的應用發(fā)展情況。據統計，目前世界碳纖維總產能約在66000噸/年左右，產量約為46000噸/年左右。


復合材料的民用領域

一、體育休閑用品應用

這是一個開發(fā)較早，現仍有穩(wěn)定需求的應用領域，但已有漸趨飽和的態(tài)勢。

1.高爾夫球拍：4000萬只/年，約占總數的80%以上，“已碳化了”。
2.其他各種球拍（網球拍、曲棍球拍、羽毛球拍等）：1000多萬只/年，幾乎獨占市場。其中網球拍占 80%以上。 本文來自123
3.釣魚桿：1200萬只/年，約占總數的50%以上。
4.自行車：20萬輛/年以上。
5.其他：賽艇、賽車、弓箭、滑雪板、桿（400萬套/年）、滑板等。

前四項約占CF耗量的85%左右，其他只占15%左右。我國的臺灣有“復合材料體育用品王國”之稱，但近年來已向大陸轉移。臺灣碳纖維2007年可有3000噸/年的產能。

二、工業(yè)領域應用

這是一個覆蓋甚廣，內容甚多，也是一個發(fā)展最快，前景最好的應用領域。

1.基礎設施領域

基礎設施（Infrastructure）系指建筑領域的房屋、梁、隧道、涵洞、地鐵及其相關的混凝土工程，其修復、更新、加固已構成復合材料目前極重要的應用領域。結構應用：承拉索、護欄、扶手、梁、柱、桿、樁、桁架、構架、格柵、筋條（代鋼筋）、修復、加固、更新：層壓板、包纏料（片材）。

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2. 汽車領域

復合材料用于汽車領域多數代替鋼材，可減重40%以上→節(jié)省燃油→降低使用成本。但復合材料成本較高→進展一直不如人意→碳纖維須降至＄11/kg以下才會有大的變化。近年來隨大絲束纖維、RTM工藝等低成本技術的發(fā)展，情況大有變化，應用日益增多。汽車：車體結構，傳動軸、板簧、賽車、環(huán)保型的電動汽車（車體、儲能飛輪必用）。壓縮天然氣瓶：環(huán)保→天然氣汽車（NGV）→CNG→復合材料氣瓶：鋁內膽+纏繞成形。

當前世界性的能源短缺，燃油漲價，車體減重需求增加，車體重量每減重10%，燃油消耗下降7%。最近美國能源部（DOE）聯合美國汽車研究會（USCAR）共同發(fā)起了一個五年計劃項目，共投資$1.95億，旨在發(fā)展輕質高強材料提高燃油效率，復合材料首當其沖。近年來國際上先進復合材料的汽車制件日漸增多，已有多臺全復合材料汽車展出亮相。如K200Rood全復合材料汽車，車體重僅300KG，號稱世界上最輕的雙座轎車。還有全復合材料巴士。國內汽車上復合材料應用亦日多，但多為玻璃鋼制件，先進復合材料應用開發(fā)幾乎還是空白，極待開發(fā)。汽車應用量大面廣，必將形成復合材料的潛在應用大戶。將新能源汽車和復合材料輕結構汽車結合起來是最好的發(fā)展方向！

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碳纖維復合材料汽車：日本東麗公司在名古屋耗資2430萬美元建汽車復合材料中心，目標是開發(fā)低成本碳纖維復合材料車身面板和混合動力汽車。帝人公司計劃2010 年提供碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料制造汽車零件，計劃由下屬公司TOHO執(zhí)行。預計碳纖維在汽車領域的銷售額從2008年的3%增加到2010年的7%。開發(fā)快速成形技術，成形過程僅需10分鐘。美國PNGV里程目標30km/升汽油，為此尋求更輕的結構材料。美國能源部橡樹嶺國家實驗室擬將碳纖維從現在8-10美元/磅降到3-5美元/磅，以滿足輕型汽車對更輕的結構材料的要求。

3、沿海油氣田領域

先進復合材料具有重量輕和高耐腐蝕的獨特優(yōu)點，適用于沿海油氣田的開發(fā)和生產，在該領域有極為廣泛的應用前景。應用可分為岸基（on-shore）和沿海（off-shore）、井上結構和井下系統。應用方向包括：管道系統、油箱、油罐、圍欄、扶手、通道，特別是采油的豎井（Riser）和將平臺錨固到海底的安全索和功能纜線（umbilical）與繩索（tether）等。以上設施均可長達幾千米，重達幾千噸。

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國際上對該領域的應用已有大力開發(fā)，并召開過多次國際會議，第4次國際年會（CMOD-4）不久前在美國Houston大學召開，主持人為Su Su Wang。該領域技術問題比較復雜，如深水低溫、壓力、渦流振動等。但因用量大，據說若豎井、繩索等都實現復合材料化，目前世界上全部的碳纖維尚不足一家之用！國內該領域的應用幾乎還是空白，極待開發(fā)。

4 .風力發(fā)電領域

風力是清潔環(huán)保的可再生能源→風力發(fā)電是世界能源增長最快的領域：每年以25%以上的速率遞增。趨勢：單機容量越來越大→葉片越來越長、自重越來越大→剛度、強度要求越來越高→由玻纖轉向碳纖。目前可達4～5MW，塔高70m，葉片可長達50m~60m。葉片長度每增加6%，發(fā)電量可增加12%。歐洲德國領先（8750MW），其次是美國，亞洲是印度、日本等，我國尚有很大的發(fā)展空間。應用：葉片、機艙罩、導流罩、塔架等。

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5、艦船領域

先進復合材料是性能優(yōu)異的可大幅度減重的結構材料，又兼有高耐腐蝕的特點，因此在艦船結構上有廣泛的應用前景。應用領域包括：賽艇、游艇、帆船、艦艇以至潛水艇等應用的部位包括：船體、甲板、艙室結構、風帆桅桿、船舵等制造上會大量采用RTM技術，特別是SCRIMP，即西曼復合材料樹脂熔塑成形法，大規(guī)模整體成形，并多用夾層結構，芯材可用NOMEX蜂窩或閉孔泡沫材料。美國甚至要用復合材料造潛艇屆時艇體壁厚可達70mm。美國諾斯羅普·格魯門公司2005年采購了453.6噸碳纖維，用于兩艘艦船制造，規(guī)?？梢娨话?。每艘驅逐艦可用225噸碳纖維。

6、防彈產品領域

現代的防彈產品多由復合材料制成，可用到芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等。防彈板：飛機、武裝直升機、坦克防彈頭盔：金屬→非金屬（陶瓷）→復合材料→混雜復合材料。防彈服：武警、特種部隊需求增加。防彈車：防彈運鈔車、轎車，或整車或局部。目前國產的防彈頭盔和防彈服等已大量出口。

7、其他工業(yè)領域

復合材料幾乎是個無所不為的材料，在其他工業(yè)領域亦有廣泛應用。應用需要創(chuàng)造性的開發(fā)。電子領域：拋物面天線、印刷電路板、電器設備殼架。生物工程和醫(yī)學：人工關節(jié)、假肢、人工臟器等，CT床板等成像設備、醫(yī)療設備等。發(fā)熱體：電暖氣、發(fā)熱墻體、發(fā)熱床體修理產業(yè)（修理金屬飛機結構、工業(yè)設備等）其他：高速列車、機械設備、工業(yè)羅拉（軸輥）、殘疾人用車及用品、齒輪、軸承、飛輪、集裝箱、樂器、機器人結構、燃料電池、電纜等。其中輸電纜線會有巨大發(fā)展。

關于復合材料民用產品開發(fā)的幾點建議

1、中國3大領域應用概況；航空航天5%、工業(yè)領域35%、體育休閑用品60%，與國外相比，存在“病態(tài)”。此情此景極應改變！
2、開發(fā)應以工業(yè)領域為主，如汽車領域、風機葉片、沿海油氣田應用等。應用要靠創(chuàng)造性的自主開發(fā)，注意形成自主知識產權。 本文來自123
3、任何產品開發(fā)都必須和相關的產業(yè)部門、應用部門密切合作，共創(chuàng)共贏，才能有可為有可成。
4、任何產品的成功開發(fā)和應用都必須注意發(fā)揮復合材料的優(yōu)點和特點，用其所長、揚長避短，應用才會有生命力，市場才會有推廣力。
5、任何產品一旦形成結構，必有設計、計算分析和制造等問題，對此必須給以充分注意。
6、國內嚴重缺乏復合材料設計人才，民用部門情況尤甚，這嚴重影響了我國復合材料產事業(yè)的發(fā)展，必須充分注意人才的培養(yǎng)、培訓、鍛煉提高。以人為本，事在人為。