碳纤维与复合材料：历史与未来展望

如果从1880年算起，碳纤维诞生距今已有138年的历史。那时候的碳丝被用来做电灯的灯丝。

如果从1956年算起，碳纤维应用距今也有62年的历史。那时候的碳丝被用来做耐烧蚀的复合材料。

前后不过百年的历史，碳纤维已经形成了一条完整的产业链，在高性能复合材料领域占据极为重要的地位。而对于复合材料，历史则相当久远。富赟贸易（江苏）有限公司

早在7000年以前，人们已经开始用秸秆和泥土混合，夯实成土墙。这就是早期的复合材料原型，秸秆用来增强，泥土用来做基体。这种土墙环保耐用，冬暖夏凉。直到上世纪80年代农村还有很多这样的房子。

复合材料并不是人类的创造，其实，对于复合材料的理解，大概昆虫、鸟和蝙蝠等动物比人类要理解的更早也更透彻，它们将复合材料的原理应用到筑窝的过程中，以此来抵御天敌的攻击。燕子嘴衔树枝和泥巴混合做的窝，坚固又耐用。

所以，人类对复合材料的利用虽然有几千年历史，但是对复合材料的理解并不透彻，跟动物并没有本质区别。

现代复合材料兴起于20世纪40年代，自从玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后，纤维复合材料逐渐发展成为具有工程意义的材料。到这里，可以认为人类对复合材料的理解进入理性认识阶段。

碳纤维自从被发明出来做灯丝之后，应用并没有扩展开来。因为当时灯泡真空技术达不到，第一个灯泡仅亮了40小时就被氧化了。之后钨丝替代了碳丝，碳纤维暂别历史舞台。

现代复合材料的诞生，催生了人类对高性能纤维的需求，自玻璃纤维之后，硼纤维、碳纤维相继被寄予厚望，最终碳纤维以其高比强度、高比模量、工艺成熟度高而被广泛关注。

早期发展出的现代复合材料，由于性能相对较低、生产量大、使用面广，被称之为常用复合材料。后来随着高技术发展的需要，在此基础上又研发出了高性能的先进复合材料。

复合材料的发展迅速，其地位也非常重要，对于航空强国来讲，尤其具有战略价值。但是相对金属材料来讲，其应用领域扩展相对缓慢。因为复合材料的应用理念，与传统金属材料有着本质的区别。

复合材料部件的制造伴随着材料与部件的合二为一。当我们把树脂和纤维复合上的那一刻，它一定是以一个部件的形式存在的。不像金属材料那样，先做出各种型材，通过加工、焊接等手段再制造成部件。

这就对复合材料部件的开发人员，提出了极高的要求。不但要了解材料特性，而且要了解部件使用条件，不但要了解复合材料设计，还要了解制造工艺。所以，复合材料单位对这类人才的需求很大，而成熟人才却很少。一个有经验的复合材料结构设计人员，年薪至少要20-30万元。

除了结构设计，还要对新开发的部件，进行反复测试，以满足最优的设计方案。这种依靠经验设计，通过不断试错来反复开发的流程，造成了开发流程长、成本高的缺点。

Abaqus是一套功能强大的有限元软件，被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的复合材料力学结构力学系统。ABAQUS在各国的工业和研究中被广泛采用，在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。有限元数值模拟技术是提升复合材料结构部件产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段。

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