碳纖維材料優越特性
強度比鋼大
密度比鋁小(重量比鋁輕)
比不鏽鋼耐腐蝕
比耐熱鋼耐高溫
像銅一樣導電
幾乎不會變形(熱脹冷縮)
各式材料的比較
| 材料 / 項目 | 碳纖維複材CFRP | 玻璃纖維複材GFRP | 鋼 SS400 | 高張力鋼 NiCrMo | 不銹鋼SUS304 | 鋁 A2024 | 鈦合金 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 密度(g/cc) | 1.56 | 2.0 | 7.8 | 7.8 | 8.03 | 2.77 | 4.5 |
| 引張強度(MPa) (ksi) | 2450 (355) | 1370 (200) | 400 (58) | 1470 (215) | 980 (142) | 422 (61) | 1080 (157) |
| 引張模數(GPa) (msi) | 138 (20) | 39 (6) | 206 (30) | 206 (30) | 197 (29) | 74 (11) | 114 (17) |
| 比強度(106cm) | 16.1 | 7.0 | 0.5 | 1.9 | 1.25 | 1.6 | 2.5 | 比強度係數 | 12.9 | 5.6 | 0.4 | 1.5 | 1 | 1.3 | 2.0 |
| 比模數(108cm) | 9.0 | 2.0 | 2.7 | 2.7 | 2.5 | 2.6 | 2.6 | 比模數係數 | 3.6 | 0.8 | 1.1 | 1.1 | 1 | 1.1 | 1.1 |
優越的電學性能 + 熱學性能 + 力學性能
目前幾乎沒有其他材料同時擁有這麼多的優異性能
碳纖維的故事
熱愛單車的你，知道車架中的碳纖維是如何製作的嗎? 碳纖維又會在生活中的哪些地方出現呢?
市面上的碳纖維製品常被稱做「卡夢」，其實卡夢一詞是日文的音譯，它的原文是「carbon」，泛指以碳纖維編織或多層複合而成的材料。
碳纖維是一種重量比鋁輕、強度比鋼大、細度卻比人類頭髮還小的纖維，其含碳量在90%以上。
相同體積下， 碳纖維的重量僅是鐵的四分之一，甚至比鋁合金還輕，強度卻大於鋼的四倍。 這也是為什麼現在越來越多需要高強度輕量化的商品都趨向使用碳纖維的原因，碳纖維也成為輕量化的代名詞。
柯澤豪.梁恆嘉
逢甲大學材料科學與工程學系
科學發展 2012年2月，470期
碳纖維是一種重量比鋁輕、硬度比鋼強、直徑卻比 頭髮還細的纖維，其含碳量在90%以上。
碳纖維的應用領域
碳纖維的起源
最早使用碳纖維的人就是發明電燈泡的愛迪生。當初他為了找尋可通電的燈絲，嘗試了不下千種材料，但都無法成功，某次因緣際會下使用了燃燒後的黑色物質，才有意外性的突破。愛迪生又試驗了多種纖維材料，最後才找到了新發光體─日本竹絲， 雖然這種碳纖維可通電發光，卻因太 脆而放棄，最後仍然使用了鎢絲。
愛迪生因而點燃了人類第一盞真正實用的電燈，開闢了科學的新紀元。但直到上世紀50年代，在美國與 蘇俄的太空發展競爭中，人們為尋求一種質輕、高機械強度的材料，才又開始重視碳纖維。而被成功地製成補強材料的碳纖維，是於1959年由聯合碳化物公司以嫘縈纖維製成的具高強度的碳纖維，開始了人造絲製造碳纖維的工業化生產。
碳纖維是一種兼具化學惰性和半導體性能的纖維材料，具有重量輕、強度高、彈性模數高、耐 高溫、耐酸、導電性強、長期受力不發生潛變和耐疲勞、尺寸穩定性強、熱導率高、摩擦係數小、具潤滑性等優異性能。
隨著生產力的提高和功能性的開發，碳纖維成為21世紀最具潛力的新材料之一，在各領域的應 用也越來越廣泛。70、80年代碳纖維主要用於航空、太空等高科技領域，90年代以後，則逐漸轉向體育休閒用品和更廣泛的工業領域發展。
未來發展
碳纖維的多功能性讓國際市場的需求急遽上升，碳纖維的製造商無不努力提升產能以滿足需求。市場上碳纖維供不應求的因素可歸納如下:
體育用品─在碳纖維的應用中，最早應用聚丙烯腈碳纖維的是釣魚竿。現在世界上碳纖維魚竿的年生產量是1,200萬根左右，相當於使用碳纖維約1,200公噸。至於高爾夫球桿是在1972年起開始 使用碳纖維，至今世界上碳纖維桿的年生產量約4,000萬根左右，相當於2,000公噸碳纖維的用量。
除此之外，碳纖維是從1974年開始應用於網球拍的，目前世界上一年應用碳纖維的球拍約450萬個，需碳纖維約500公噸。在其他方面，碳纖維還廣泛地應用於滑雪板、滑雪桿、棒球棒，以及船舶類體育用品上。
運輸工具─為了降低運輸工具的燃料使用 量，人們開始意識到碳纖維的輕量化、耐疲勞性、耐腐蝕性等優點，因而廣泛應用於航空、航太行業 上。在太空領域，由於高模數碳纖維的輕量性(剛 性)、尺寸穩定性及導熱性，早已應用於人造衛星 等方面。另為因應高油價時代，波音公司的B787 與空中巴士的史上最大客機A380，都大量採用碳 纖維及其複合材料，藉著它們的高強度與機體重量的減少來換取飛機的高效能及低油耗。
土木建築領域─近幾年在日本的土木建築領域，靠碳纖維進行抗震補修和補強的施工法普及率相當高。以阪神大震災為開端的抗震補強，以及伴隨著因交通量和承載量的大幅度增加而造成的劣化所進行的道路橋梁等補強，都開始採用碳纖維片材的施工法。公路、橋的地面、橫梁、建築物和梁、構架、煙筒等的彎曲補強中，碳纖維的模數變得格外重要。
能源及相關方面─在能源及相關領域，包括風力發電機葉片、燃料電池電極、二次鋰電池、超級電容等之中，也應用大量碳纖維。另外，由於石油逐漸消耗以及價位逐年攀升，尋找替代能源是熱門的話題之一。太陽能電池、 風力發電、燃料電池等綠色能源逐漸受到重視並加速發展，期望能取代部分或全部的石油能源。不難發現，在這些新興能源工業中，部分元件已使用了碳纖維，顯示碳纖維已經成為當代不可或缺的材料。
藍寶堅尼(Lamborghini)於2010年宣布成立新碳纖維研究中心，將使用更多的碳纖維和碳複合材料來取代鋼質車架，大大地減輕車身重量，使油耗的節省、速度的表現及「極速快感」的體驗更上一層樓。
這意味著超級跑車工業對於碳纖維的剛性及輕量化特性情有獨鍾。市面上已經有許多量產超跑的車身採用全碳纖維，那分子結構宛如鑽石的「塑膠」，為超跑增加鑽石般的附加價值!碳纖維的魔力不僅止於材料特性，那亮黑色的纖維交織面，如Bugatti車廠限量版的全碳纖維車身，更讓許多愛車者為之瘋狂。
碳纖維的售價因飛機製造業的大量需求而不斷攀升，間接扼殺了碳纖狂熱者的錢包。這黑金般的纖維卻不因售價讓人卻步，反而非常搶手且愛不釋手!
太陽能電池、風力發電、燃料電池等綠色能源逐漸受到重視並加速發展，而在這些新興能源工業中，部分元件已使用了碳纖維。
