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常州虎年新春“第一會”，掀起了全市上下重振產業雄風，再創城市輝煌的熱潮。大會出臺了《關于促進產業高質量發展的實施意見》和《關于促進產業高質量發展的若干政策》，進一步明確全市產業主攻方向、目標任務和具體路徑，以國內最優的政策、最大的力度、最強的措施，撬動更多國內外高端要素向常州產業集聚。

近年來，濱開區全力打造“東方碳谷”產業地標，以碳纖維及復合材料這一戰略性新興產業集群為抓手，通過總投資50億元的新創碳谷民用大絲束碳纖維項目等龍頭引領，不斷深化產業鏈、供應鏈、創新鏈“三鏈”協同，人才鏈資金鏈配套，逐漸打造產業高端、產業鏈完善、區域特色鮮明的濱開區產業發展高地。

2021年，濱開區微信公眾號推出《東方碳谷 贏領未來》系列專題報道，帶領大家走進黑金王國、探索產業規劃、了解政策助力，即日起，我們將持續推出《從常州十大優勢產業看碳纖維的應用》系列專題報道，以《實施意見》中的“新能源集群”任務為目標，讓濱開區碳纖維產業“朋友圈”不斷擴大。

（一）智能制造篇

智能制造在現代工業中應用越來越多，其中比較典型的代表就是工業機器人。材料輕量化對機器人的影響更為直接。傳統的機器人采用金屬材料，而機器人采用輕量化材料有助于減少運行能耗、提高操作速度，進而提升工作效率。除此之外，更輕的自重對于機器人降低運動慣性、增加動作準確度也有明顯的好處。碳纖維復合材料是目前輕量化材料最典型也是性能最優越的代表！

隨著工業自動化、智能的提高，高效的工業裝備將離不開碳纖維！在很多快速消費品流水線上使用的蜘蛛臂機械手，就是碳纖維復合材料做的。

蜘蛛手機器人在日化、藥品、快速消費品行業等對產品效率有著較高要求的行業有廣泛的應用前景。

還有其他類型的工業機器人，目前越來越多的機械臂用碳纖維復合材料做的。由于碳纖維的輕量化特性，在機械設備中越來越多的運動部件考慮用碳纖維。

當然其他機械裝備，也可以用得上碳纖維復合材料。如首款國產化碳纖維臂架泵車正展開它的六節臂架。

泵車又稱混凝土泵車，是利用壓力將混凝土沿管道連續輸送的工程機械，其泵送的高度、輸送的速度等直接影響建筑施工的進度。該泵車碳纖維復合材料新技術完全突破國外限制，將碳纖維與金屬混合結構實現了半金屬化，確保集中載荷的逐級均布化，不易損壞，并且可修補、可加工，該材料運用到產品上也突破了設計-計算-制造-測試的成套技術，實現臂架減重300公斤，整機輕3噸。

（二）紡織產業篇

常州在歷史上紡織業就比較出名，唐宋起，常州的棉麻絲綢，而晉陵絹作為稀有之物，就聞名天下。唐朝大詩人元稹有詩云：新妝巧樣畫雙蛾,謾里常州透額羅。這里的透額羅說的就是常州的絲綢當年就可以做的“輕、薄、透”。近代工業化的發展就是從紡織業開始的，上個世紀初常州紡織業經歷了土紡土織、手工織場、機織...隨后紡紗廠、染織廠、布廠等紛紛建立，到上世紀30年代，常州市有各類紡織企業100多家，逐步成為常州市的支柱產業，也是全國除上海以外紡織工業實力較強的城市之一。此外常州的紡織機械也較為發達，多個廠家生產劍桿織機和經編機。

劍桿織機主要是為解決引緯方法而設計，包括剛性、柔性及可伸縮式的引緯方式。1844年開始出現無梭織機，柔性劍桿織機起始于1925年，二戰后，50年代至60年代實現商品化生產，并逐步取得顯著進步，劍桿織機引緯率達到1500m/min以上。劍桿織機是應用最為廣泛的無梭織機，它除了具有無梭織機高速、高自動化程度、高效能生產的特點外，其積極引緯方式具有很強的品種適應性，能適應各類紗線的引緯，加之劍桿織機在多色緯織造方面也有著明顯的優勢，可以生產多達16色緯紗的色織產品，所以在機織工藝中劍桿織機有著重要的地位。

梭子和劍桿桿是碳纖維復合材料在紡織機械中應用較早的形式。木制的投梭棒每根重達1.2kg，而碳纖維桿的重量僅有0.1kg；木梭的頻率約為120-130次/分，碳纖維復合材料桿的頻率至少能提高一倍；木梭的使用壽命僅有6個月，而碳纖維復合材料桿的使用壽命長達6-8年。

用一組或幾組平行排列的紗線，于經向喂入機器的所有工作針上，同時成圈而形成針織物，這種方法稱為經編，織物稱為經編織物，而使用的機械就是經編機。經編機的主要成圈機件有織針、導紗針、沉降片和壓板（用于鉤針機）。織針整列地裝在針床上，隨針床一起運動。導紗針裝在條板上組成梳櫛。經紗穿過導紗針的孔眼,隨梳櫛一起運動而繞墊在針上,通過織針、沉降片等成圈機件的相互配合運動而織成織物。

隨著編織效率的提高，經編機很多部件的輕量化也越來越重要，因此多個部件采用碳纖維復合材料。

其他例如：在噴水孔室，轉數為1700rpm，杼寬達2m，為了抑制長大杼的變形，在綜片框上采用了輕質、高剛性的碳纖維復合材料。織布機纏線器的卷芯通常是鋼管，插入紙管后，加氣壓則產生小突起，成為固定紙管的結構，但是缺陷是重量大。用碳纖維復合材料管替代后，重量減輕很多，插到直管上，無論是織布機的安裝作業還是從卷好的織物中取下的人力作業都輕松很多。

而在紡織機械中，有很多羅拉和導輪機構。

羅拉作為紡織機械中主要的運轉部件之一，對紡織機械的整體設備性能影響很大，對產品的質量和穩定性都有著直接的作用力。傳統的紡織機用羅拉多數是鋼制的，鋼制羅拉的重量大、設備能耗高，為了滿足提速的需求還要不斷增加壁厚，從而引發一系列的弊端。采用碳纖維羅拉則能同時滿足重量輕、速度快、剛度好、變形小、能耗低等多種需求。傳統的紡機設備用導輪主要是純尼龍導齒輪，由于強度低、抗疲勞性差、使用周期短，維護費用高，但是采用碳纖維增強尼龍制作的傳動導輪導電性強，防靜電效果好，降低火災等事故的發生幾率；強度大、韌性好，抗拉強度接近于屈服強度，對沖擊、應力震動有較強的能量吸收能力；耐磨、自潤滑效果好，減少油污，耐疲勞性好，使用壽命可以提高一倍；重量輕、噪聲小，噪聲比鑄鐵齒輪低30％，能耗降低20％，耐腐蝕，能抵御汽油、油脂、酒精、弱堿等的侵蝕。筆者曾經在某生產防彈衣的企業工作，傳統導輪在芳綸、高強高模PE摩擦下，三個月就要更換，而改成碳纖維增強尼龍，壽命可以達到一年。

目前碳纖維材料應用還只是局限于體積小或者數量少的零部件上，在這些部位碳纖維材料的價值并沒有得到凸顯，與此相比，碳纖維應用則是近幾年來紡織機械輕量化應用最有潛力的方向之一。

（三）電子產業篇

2015年常州電子信息技術產業年產值就突破2000億元，而互聯網、5G的發展，常州的電子信息產業的發展也出現新的趨勢。下面我們就來談談碳纖維及復合材料在電子產品中的應用。

目前電子產品目前朝著便攜化、輕薄化發展，使用最常見的有金屬材料、工程塑料、復合材料等，其他還有概念性產品如鈦合金、木紋或竹紋、皮革等。但從輕量化的趨勢和成本、工藝的考量，工程塑料、鋁（鎂）合金材料、碳纖維復合材料料等材料的應用越來越廣泛。

碳纖維復合材料在筆記本電腦外殼上的應用

1998年首次采用碳纖維復合材料作為外殼的IBM 600系列筆記本電腦在全球共銷售臺以來，已經有多個廠商的多個機型采用，特別是超薄、超輕筆記本或Pad，其中代表的是Dell和聯想的Thinkpad機型。Dell的XPS系列的碳纖維筆記本電腦，采用為全碳纖維的板材，外觀為3K紋路，體現碳纖維的紋理和質感。聯想的Thinkpad X系列的碳纖維筆記本電腦，采用三明治夾芯結構的碳纖維板材，其外觀為UD紋路，有的產品還需要進一步噴涂，最主要突出其“輕”。以上兩家品牌商，占據了碳纖維筆記本電腦的主要份額。而其他的品牌商，如HP等為了避開競爭，采用連續碳纖維增強的熱塑性板材。

碳纖維復合材料在手機上的應用

2021年2月25日華為Mate X2折疊屏旗艦手機發售，據了解，該手機X2搭載了目前業界獨有的雙旋水滴鉸鏈，通過多維相控聯動機制，在彎折處形成一個水滴式的容屏空間，保證了折疊屏展開后的平整度以及折疊后的美觀度，做到了折疊后鉸鏈部分無縫隙。

華為常務董事、消費者業務CEO余承東在發布會上表示，這款雙螺旋水滴鉸鏈應用了碳纖維復合材料以及高強度鋼。其中，鉸鏈的支撐門板采用的碳纖維復合材料讓重量減輕了75%；超強鋼的強度可達2100MPa，比高安全等級汽車的B柱使用的鋼材強度提高50%；鉸鏈中軸使用的鋯基液態金屬，材料硬度提升了三倍。

目前已經有OPPO、小米等多家手機制造上開發折疊屏手機！

德國廠商 Carbon Mobile 于去年發布的全球首款碳纖維外殼手機 Carbon 1 MK II，目前已經開始銷售。

這款手機采用碳纖維單體外殼制造，人工將碳纖維布放入模具中成型，然后使用 CNC 進行加工。由于碳纖維外殼強度足夠大，因此內部無需金屬部件。為了保證信號質量，手機具備 HyRECM 專利技術，天線位于頂部和底部。

碳纖維復合材料在其他電子產品中結構性應用

隨著電視功能的不斷發展，人們不再滿足單純的觀看電視節目，而是作為戶外宣傳、集會活動、大型會議等的工具。即使是家庭所用的普通電視，也朝的大屏幕的方向發展。特別是LED電視出現以后，滿足了電視大屏幕、超薄的技術要求。

碳纖維的優異性能以及碳纖維復合材料的可設計性，因此技術人員自然而然的就想到把復合材料應用于電視機中的結構材料上。特別是對于許多大屏幕的電視，例如55吋以上的大屏幕電視，此類電視高端超薄產品及超薄模組的發展，背板厚度減薄和后殼結構形態平板化對對背板材料的剛性（抗變形能力）提出更高的需求。碳纖維復合材料具有強度大、剛性好的優點，利用碳纖維復合材料就非常有優勢。江蘇澳盛復合材料科技有限公司配合國內某知名電視機廠家對碳纖維背板的成型工藝、表面處理工藝、剛性指標進行研究。該電視機方案采用3K外觀紋路、內層使用UD單向預浸料進行疊層設計，發現減重效果明顯，達到50%以上，受力變形測試滿足要求。而且傳統的電視背板材料，如鍍鋅鋼板、鋁塑板、鋼塑板，撤掉外力后，材料的會變形，不能完全恢復原樣。而碳纖維背板無論厚薄與常規材料相比，撤掉外力后，其回彈能力強，受外力的沖擊幾乎不會變形。此外碳纖維背板其獨特的編織紋路外觀更具科技感，具有強度好、重量輕的優點，在追求輕薄的高端產品上具有較好的應用前景。

對于戶外可拆卸的大屏幕LED電視，如演唱會或大型集會需要使用大屏幕的的LED顯示屏，此類演唱會或大型集會都是臨時性，而且更具不同的場合和需要對場景進行設計，此類大屏幕LED顯示屏是有多快的屏幕拼接而成，在活動開始前安裝結束后拆卸，但需要快速的裝卸，因此輕量化要求很重要。碳纖維復合材料具有高強度、高模量、耐腐蝕、抗疲勞、抗蠕變等優點，用其制作箱體，既可以滿足輕量化要求，還可以耐戶外不利的環境。單人可完成的整屏安裝，且可以更換整屏任意箱體，省時、搭建迅速、維護快速；省力，裝卸簡單、搬運輕便。因此戶外可拆卸的大屏幕LED電視由原先的金屬材料大多改外碳纖維復合材料。

對于可移動、可裝卸或便攜式電子產品，因為輕量化要求較高，碳纖維復合材料可以顯示身手，除了上訴領域，例如碳纖維的攝像機、VR的可視眼睛等。但目前碳纖維的價格較高，所以還不能得到非常廣泛的應用，主要用在一些高端領域。

此外如攝像機等需要人們身背、手持，甚至變換不同的角度進行拍攝，如果使用碳纖維復合材料制成其中的部件，將大大減輕重量，提高操控性。

碳纖維復合材料在電子產品中其他功能性應用

碳纖維除了具有高強度、高模量，還具有導電、導熱、抗屏蔽，X光透過性及其他等特殊功能性，在電子產品上有一些功能性的應用。

蘋果公司的ipad和minipad等平板電腦系列，因為具有筆記本電腦的部分功能，有非常方面攜帶，收到人們的好評。該系列產品定位滿足人們的娛樂功能，因此聲響對于人們的聽覺感受非常重要。蘋果公司在其ipad中設計使用了用碳纖維復合材料制造的共振片，使其產品具有非常好的影響效果。我們今天用ipad欣賞音樂或視頻，感覺其聲音渾厚，具有立體效果，這其中就有碳纖維的功勞。

碳纖維具有電磁屏蔽性，在抗干擾電子產品中，可以利用碳纖維復合材料作為殼體，提供有效保護。此外碳纖維還可以制成短纖維和粉末，作為高分子材料的填充，提高材料的導電性和導熱性。

研究人員發現，要想用碳纖維制作出“高導熱”的墊片，就必須對碳纖維的排布進行干預。

展望

碳纖維復合材料在電子產品中的應用，碳纖維復合材料輕、強的特點滿足電子產品小、輕、便攜化的發展趨勢，在筆記本電腦、電視有著非常好的應用。而且，碳纖維復合材料還有導電、導熱、X光透過性強、吸收電磁波等特殊性能，隨著研究的深入，將有更多的應用。但目前受制于碳纖維成本和加工工藝，目前多用于高端產品中。相信隨著碳纖維價格的下降和產品制作水平的提升，碳纖維復合材料在電子產品中的應用將越來越廣泛。

（四）光伏產業篇

 這兩年碳纖維應用增長最多的領域除了風電就是光伏了，這得益于光伏領域對大尺寸熱場的要求。傳統的石墨材料無法滿足大尺寸坩堝的強度要求，碳碳復合材料成了主流。

碳-碳復合材料是碳纖維及其織物增強的碳基體復合材料。具有低密度(<2.0g/cm³)、高強度、高比模量、高導熱性、低膨脹系數、摩擦性能好，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩定性高等優點，是如今在1650℃以上應用的少數備選材料，最高理論溫度更高達2600℃，因此被認為是最有發展前途的高溫材料之一。光伏產業中所使用的碳碳復合材料主要是用于制造坩堝，作為熔煉多晶硅或單晶硅的器皿，在氫化爐熱場、直拉單晶熱場、多晶鑄錠爐熱場、太陽能電池鍍膜等工藝作為關鍵設備。以往此類坩堝主要利用高純石墨制造，但高純石墨為國外控制，而且隨著拉硅單晶爐和多晶鑄錠爐生產設備的大型化，石墨材料難以滿足。碳碳復合材料具有可設計性和良好的熱物理性能,和石墨熱場材料相比,具有非常大的優勢。

碳纖維復合材料的高強高模、低密度，在輕量化方面作用明顯，光伏行業也不例外，如作為硅片支架等。

其他方面，碳纖維在光伏行業也作為明顯。如，作為光伏用的碳纖維刮膠片。

光伏電池生產過程中，絲網印刷的效果將直接影響電池的轉換效率，印刷核心是印刷后銀漿的縱橫比。因此對屏幕，銀漿和刮刀的要求越來越高。目前，閘線的要求越來越精細，從最初的60um進入目前的30um，甚至更細;而碳纖維刮刀的輕量化作用，可以做到更精細。

如碳纖維輥，可以用于光伏膜的生產、分切中。傳統的金屬輥筒，自身重量大，機器啟動速度慢，慣性大，不僅耗能多、原料損耗大，對生產效率也產生一定的影響。而碳纖維輥具備輕量化、不易磨損、壓力均勻、易調節、高精度等優點。

隨著碳纖維及復合材料技術的成熟，已經人們研究的深入，碳纖維及復合材料在光伏行業的應用將會越來越多！

（五）醫療器械篇

常州有多家醫療器械企業，目前已經開始嘗試碳纖維的應用。

碳纖維的特點

1. 碳纖維的優點

1）碳纖維具有高的比強度、比剛度，強度是鋼的7-8倍，密度是鋼的1/4；

2）碳纖維具有良好的纖度和柔韌性，做成復材可設計性強；

3）碳纖維X光透過性好；

4）碳纖維導電、導熱；

5）碳纖維耐腐蝕性強，抗高低溫；

6）碳纖維具有吸附性；

7）碳纖維具有抗疲勞性；

8）碳纖維具有生物相容性。

2. 碳纖維的缺點

脆，軸向向受力大，而徑向受力較差，彎曲易折斷 。

因此，碳纖維材料除了良好的力學性能，碳纖維材料具有良好的耐腐蝕性能，就算有酒精、藥物、血漬殘留也不會對面板造成影響，而且清理更方便，長期下來不會對面板造成腐蝕的現象，重量很輕，移動起來很方便，方便醫務人員更好的調節合適的角度。碳纖維材料力學性能、化學穩定性、與人體的生物相容性，使之在醫療器械和生物材料方面受到廣泛的重視。

一、用于醫療影像設備中

從上表可以看出碳纖維復合材料的鋁當量只有鋁板的1/10，因此非常適合X光設備的透波部分。如我們體檢做胸透，貼近胸部部分原來用的是鋁板，現在基本上用的是碳纖維復合材料。

此外還有X平板探測器，這是一款多功能的高分辨率X射線平板成像器件，多采用非晶硅薄膜晶體管、光敏二極管陣列及高敏感度碘化銫直接生長閃爍體等先進技術獲得超凡穩定的影像性能。可應用醫療、工業無損檢測。

此外還有醫療影像的周邊設備，如CT和B超檢查床面板、診斷床用頭托、高清DR平板探測儀用面板，以及支架等。

碳纖維復合材料的吸收率和散射率與其相比要小得多，在診斷時可以相應地降低X射線劑量，降低X光機的功率，延長儀器使用壽命，節省電能。更重要的是碳纖維復合材料因為這種優異的X射線透過性能，允許射線以任何角度照射在床板上而不產生折射，只需小劑量的射線即可獲得清晰的造影，從而減少了對患者及醫護人員的危害。

二、超導磁體構件

核磁共振成像（MRI）檢查已經成為一種常見的影像檢查方式，核磁共振成像作為一種新型的影像檢查技術。核磁共 振儀主要由磁鐵、射頻發射器、檢測器、放大器及記錄儀等組成。磁鐵用來產生磁場，主要有永久磁鐵，電磁鐵，超導磁鐵等。而為了得到較高磁場，必須使用超導磁鐵。而超導必須要在極低溫度下才可實現，目前是在液氦（氦 -268.785℃）下，周圍的力學部件就需要使用特殊的材料。目前知名核磁共振廠家多使用碳纖維復合材料。

三、人工骨和人工關節

目前碳纖維復合材料已廣泛應用于骨內固定板、骨填料、髖關節柄、人工種植齒根、顱骨補修材料以及人工心臟材料等。人體骨骼的彎曲強度在100Mpa左右，彎曲模量在7～20Gpa，拉伸強度約150Mpa，抗拉模量約在20Gpa。而碳纖維復合材料的彎曲強度為89Mpa左右，彎曲模量為27Gpa，拉伸強度約43Mpa、抗拉模量約24Gpa，相較而言已接近或超越人體骨骼的強度。而且碳纖維材料和人體的相容性更好。

傳統的金屬內固定材料由于存在所謂的“應力遮擋效應”，使骨骼在愈合過程中出現血運破壞，即使骨骼愈合后也極易出現再骨折和骨質疏松等現象。碳纖維增強高分子復合材料以其優異的力學性能和生物相容性正得到研究者的普遍關注。

有科研工作者利用碳纖維環氧樹脂復合材料與鈦合金和不銹鋼的骨折內固定板進行了對比分析，發現碳纖維環氧樹脂復合材料具有高耐疲勞性、低模量和良好的生物相容性。通過體內臨床試驗，對133 例前臂骨折患者應用鈦合金和不銹鋼板進行固定，其中骨連接錯位 3%; 骨不連 5%; 松動 6%; 感染 5%;板斷裂 3%。而在40例前臂骨折患者中應用碳纖維環氧樹脂固定，原來所有骨折處均呈現良好的骨連接，在6個月內67%呈現骨重建，無一板斷裂。

科研工作者制備了碳纖維樹脂基材料（環氧樹脂、PEEK、UHMWPE），短切碳纖維增強納米羥基磷灰石( HA) /聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 復合材料人工骨板， 通過動物、人體的體內實驗發現，碳纖維復合材料具有以下有點：有更高的力學強度、彈性模量和耐疲勞性能，碳纖維增強高分子復合材料不但可用作一般的非承載骨骼，同時也可用作骨折內固定板或釘；具有優異的柔韌性，不易發生折斷；很少引起骨質疏松；材料的生物活性和生物相容性好等……

四、在假肢中應用

2008年北京殘奧會上，奧斯卡也是當之無愧的明星。他一舉奪得100米、200米以及400米比賽的三金。賽場上，特別引人注目的是奧斯卡膝蓋下那兩條閃著寒光黑色刀鋒形狀碳纖維假肢，那是他的專用比賽假肢——“獵豹”。碳纖維假肢甚至讓殘疾人跑的比常人更快！

除了運動員，其他肢體殘疾人也有較大的需求。

五、外骨骼

兩年前一則視頻在微博上引發熱議。一位癱瘓多年的父親借助外骨骼機器人重新站了起來，并且久違地親自接到了放學的女兒。

2020年12月9日，《央視軍事》視頻報道中出現一款新裝備，西藏邊防戰士用起了單兵外骨骼系統。

報道稱在海撥5000米以上高原，這款外骨骼系統可以撐起一個成年人體重物資，更重要的在人性化方面還能有效避免腰部和腿部損傷。視頻中戰士正背著20公斤重物資行進中，使用戰士表示這些重量都集中在外骨骼上，不會下到人身上——也就是跟無負重行走一樣。

而這些外骨骼系統最好的材料就是碳纖維復合材料！

六、理療產品

碳纖維在通電情況下會發熱，碳纖維發熱75%以上的熱能以遠紅外方式、且波長為7-14um、當兩段波長相等相互作用時就會產生共振現象。而人體是生物體，人體70%-80%以上是由水分子組成，在共振作用下，首先激活了水分子的振動，而產生一系列生理上的反應，可促進人體皮膚和皮下組織中的細胞溫度上升，使人體由內至外產生熱傳遞，促進和改善了人體的血液循環；有利于消除人體疲勞和肌體機能恢復，增強新陳代謝，提高人體免疫功能。因此具有一定的保健功能。

七、其他

碳纖維復合材料可以用于扶手、臂托、腳托、腿托、靠背、護裙板以及框架管等配件中，這些配件大都可以調節高度，碳纖維復合材料便于通過機械連接與輪椅整體進行裝配，最為重要的是這些配件在使用了碳纖維復合材料后，輪椅的整體重量得到了明顯的縮減，而且作為使用頻率很高的部件，也變得更加結實耐用。如，生化儀器，如離心機等。

（未完待續）