碳纤维是一种“神奇”的材料，为飞机、风力涡轮机和汽车增加了优异的强度却不增加重量。目前全球致力于改善其生产和回收的新技术意味着未来将带来更大的环境效益。
长期以来，碳纤维一直被誉为工程材料时代的英雄。它是一种超高强度、低重量的物质，由石墨形式的碳原子组成，与铅笔中的碳原子相同，它的强度是钢的十倍，而重量只有钢的四分之一。
航空工业使用碳纤维制造飞机的尾部部件和其他结构件，如空中客车A310，而波音787梦幻客机作为同类型最先进的长途飞机，则采用了碳纤维机身。
因为采用碳纤维机身/车身的飞机和汽车更轻，所以它们需要更少的燃料来推进。这有助于运输业减少碳足迹。但随着欧盟立法者计划在2030年之前将运输业的二氧化碳排放量减少45%，这是一个更加雄心勃勃的目标，需要进一步的技术突破，以开创低碳运输的新时代。
向以可再生能源为动力的电动汽车(EV)的转变是这些努力的前沿，但同时，汽车行业面临着压力，必须确保所有依赖燃料的汽车尽可能保持轻量和节油，特别是在新兴经济体需求推动下，全球汽车保有量持续增长的情况下。
与此同时，飞机正在变得越来越大。自2013年以来，全球航空业的客运量每年以5%到8%的速度增长。随着运输更多人的需要，飞机的重量也随之增加，对更多燃料的需求也随之增加，这增加了减少排放的挑战。
碳纤维的兴起
碳纤维是由石墨形式的碳原子制成的直径在5到10微米之间的细丝。每根细丝的直径几乎是一根头发直径的十分之一。它们与环氧树脂等材料结合，然后在巨型烘箱中加热固化，制成碳纤维复合材料。
在20世纪60年代，新工艺导致了高性能碳纤维的生产，日本在这方面处于领先地位。碳纤维复合材料现在广泛应用于从自行车到一级方程式赛车，从风力涡轮机到笔记本电脑外壳等各种各样的产品中。尽管现代纤维的强度比以往任何时候都要高，但专家们表示，我们只触及了材料潜力的表面。
东丽公司（Toray）是一家深耕于碳纤维领域的公司，自20世纪70年代以来，它一直是碳纤维开发领域的世界领先者。近年来，东丽开发了一种用于火箭、卫星和飞机的先进产品。由于航空和航天行业所处的恶劣环境，最高质量的材料是必不可少的，而新型T1100G是市场上最坚固、最耐腐蚀的碳纤维之一。采用创新的碳化技术在纳米水平上控制纤维结构，使其能够承受巨大的张力和压缩，并使材料具有高耐腐蚀性、蠕变性和疲劳性。
汽车工业也在向电动汽车的转变中使用碳纤维。例如，东丽的旗舰电动汽车Teewave AR1在其包括发动机罩、仪表板和车顶等在内的基本结构中使用了碳纤维，而碳纤维复合材料制成的减震器具有更大的刚性，在碰撞时提供更大的保护。最重要的是，这辆车也更轻。它比其他商用电动汽车轻三分之一，减少了9%的二氧化碳排放。
未来的碳纤维
碳纤维的发展并非没有挑战，特别是需要负责任地回收它。但在创新方面的投资开始获得回报。东丽与丰田通商（Toyota Tsusho）合作开发了一项技术，可以提取和再利用碳纤维废料燃烧时排放的气体。
另一个挑战是碳纤维生产成本。尽管它已经从20世纪70年代的每磅100多美元下降到今天的10美元左右，但它的价格仍然很高。预计到2025年，全球纤维消费量将从2015年的6万吨增加一倍以上，达到15万吨左右。如果该行业回收利用得当，就可以增加低成本碳纤维的供应，从而提高该材料在多个行业中使用的可行性。
这是碳纤维发展的一个激动人心的时刻。随着风力发电行业涡轮叶片、轻型汽车和飞机的日益普及，这种“神奇”材料在日益脱碳的世界中的作用似乎是稳固的。（来源：碳纤维及其复合材料技术）
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