常州虎年新春“第一会”，掀起了全市上下重振产业雄风，再创城市辉煌的热潮。大会出台了《关于促进产业高质量发展的实施意见》和《关于促进产业高质量发展的若干政策》，进一步明确全市产业主攻方向、目标任务和具体路径，以国内最优的政策、最大的力度、最强的措施，撬动更多国内外高端要素向常州产业集聚。

近年来，滨开区全力打造“东方碳谷”产业地标，以碳纤维及复合材料这一战略性新兴产业集群为抓手，通过总投资50亿元的新创碳谷民用大丝束碳纤维项目等龙头引领，不断深化产业链、供应链、创新链“三链”协同，人才链资金链配套，逐渐打造产业高端、产业链完善、区域特色鲜明的滨开区产业发展高地。

2021年，滨开区微信公众号推出《东方碳谷 赢领未来》系列专题报道，带领大家走进黑金王国、探索产业规划、了解政策助力，即日起，我们将持续推出《从常州十大优势产业看碳纤维的应用》系列专题报道，以《实施意见》中的“新能源集群”任务为目标，让滨开区碳纤维产业“朋友圈”不断扩大。

（一）智能制造篇

智能制造在现代工业中应用越来越多，其中比较典型的代表就是工业机器人。材料轻量化对机器人的影响更为直接。传统的机器人采用金属材料，而机器人采用轻量化材料有助于减少运行能耗、提高操作速度，进而提升工作效率。除此之外，更轻的自重对于机器人降低运动惯性、增加动作准确度也有明显的好处。碳纤维复合材料是目前轻量化材料最典型也是性能最优越的代表！

随着工业自动化、智能的提高，高效的工业装备将离不开碳纤维！在很多快速消费品流水线上使用的蜘蛛臂机械手，就是碳纤维复合材料做的。

蜘蛛手机器人在日化、药品、快速消费品行业等对产品效率有着较高要求的行业有广泛的应用前景。

还有其他类型的工业机器人，目前越来越多的机械臂用碳纤维复合材料做的。由于碳纤维的轻量化特性，在机械设备中越来越多的运动部件考虑用碳纤维。

当然其他机械装备，也可以用得上碳纤维复合材料。如首款国产化碳纤维臂架泵车正展开它的六节臂架。

泵车又称混凝土泵车，是利用压力将混凝土沿管道连续输送的工程机械，其泵送的高度、输送的速度等直接影响建筑施工的进度。该泵车碳纤维复合材料新技术完全突破国外限制，将碳纤维与金属混合结构实现了半金属化，确保集中载荷的逐级均布化，不易损坏，并且可修补、可加工，该材料运用到产品上也突破了设计-计算-制造-测试的成套技术，实现臂架减重300公斤，整机轻3吨。

（二）纺织产业篇

常州在历史上纺织业就比较出名，唐宋起，常州的棉麻丝绸，而晋陵绢作为稀有之物，就闻名天下。唐朝大诗人元稹有诗云：新妆巧样画双蛾,谩里常州透额罗。这里的透额罗说的就是常州的丝绸当年就可以做的“轻、薄、透”。近代工业化的发展就是从纺织业开始的，上个世纪初常州纺织业经历了土纺土织、手工织场、机织...随后纺纱厂、染织厂、布厂等纷纷建立，到上世纪30年代，常州市有各类纺织企业100多家，逐步成为常州市的支柱产业，也是全国除上海以外纺织工业实力较强的城市之一。此外常州的纺织机械也较为发达，多个厂家生产剑杆织机和经编机。

剑杆织机主要是为解决引纬方法而设计，包括刚性、柔性及可伸缩式的引纬方式。1844年开始出现无梭织机，柔性剑杆织机起始于1925年，二战后，50年代至60年代实现商品化生产，并逐步取得显著进步，剑杆织机引纬率达到1500m/min以上。剑杆织机是应用最为广泛的无梭织机，它除了具有无梭织机高速、高自动化程度、高效能生产的特点外，其积极引纬方式具有很强的品种适应性，能适应各类纱线的引纬，加之剑杆织机在多色纬织造方面也有着明显的优势，可以生产多达16色纬纱的色织产品，所以在机织工艺中剑杆织机有着重要的地位。

梭子和剑杆杆是碳纤维复合材料在纺织机械中应用较早的形式。木制的投梭棒每根重达1.2kg，而碳纤维杆的重量仅有0.1kg；木梭的频率约为120-130次/分，碳纤维复合材料杆的频率至少能提高一倍；木梭的使用寿命仅有6个月，而碳纤维复合材料杆的使用寿命长达6-8年。

用一组或几组平行排列的纱线，于经向喂入机器的所有工作针上，同时成圈而形成针织物，这种方法称为经编，织物称为经编织物，而使用的机械就是经编机。经编机的主要成圈机件有织针、导纱针、沉降片和压板（用于钩针机）。织针整列地装在针床上，随针床一起运动。导纱针装在条板上组成梳栉。经纱穿过导纱针的孔眼,随梳栉一起运动而绕垫在针上,通过织针、沉降片等成圈机件的相互配合运动而织成织物。

随着编织效率的提高，经编机很多部件的轻量化也越来越重要，因此多个部件采用碳纤维复合材料。

其他例如：在喷水孔室，转数为1700rpm，杼宽达2m，为了抑制长大杼的变形，在综片框上采用了轻质、高刚性的碳纤维复合材料。织布机缠线器的卷芯通常是钢管，插入纸管后，加气压则产生小突起，成为固定纸管的结构，但是缺陷是重量大。用碳纤维复合材料管替代后，重量减轻很多，插到直管上，无论是织布机的安装作业还是从卷好的织物中取下的人力作业都轻松很多。

而在纺织机械中，有很多罗拉和导轮机构。

罗拉作为纺织机械中主要的运转部件之一，对纺织机械的整体设备性能影响很大，对产品的质量和稳定性都有着直接的作用力。传统的纺织机用罗拉多数是钢制的，钢制罗拉的重量大、设备能耗高，为了满足提速的需求还要不断增加壁厚，从而引发一系列的弊端。采用碳纤维罗拉则能同时满足重量轻、速度快、刚度好、变形小、能耗低等多种需求。传统的纺机设备用导轮主要是纯尼龙导齿轮，由于强度低、抗疲劳性差、使用周期短，维护费用高，但是采用碳纤维增强尼龙制作的传动导轮导电性强，防静电效果好，降低火灾等事故的发生几率；强度大、韧性好，抗拉强度接近于屈服强度，对冲击、应力震动有较强的能量吸收能力；耐磨、自润滑效果好，减少油污，耐疲劳性好，使用寿命可以提高一倍；重量轻、噪声小，噪声比铸铁齿轮低30％，能耗降低20％，耐腐蚀，能抵御汽油、油脂、酒精、弱碱等的侵蚀。笔者曾经在某生产防弹衣的企业工作，传统导轮在芳纶、高强高模PE摩擦下，三个月就要更换，而改成碳纤维增强尼龙，寿命可以达到一年。

目前碳纤维材料应用还只是局限于体积小或者数量少的零部件上，在这些部位碳纤维材料的价值并没有得到凸显，与此相比，碳纤维应用则是近几年来纺织机械轻量化应用最有潜力的方向之一。

（三）电子产业篇

2015年常州电子信息技术产业年产值就突破2000亿元，而互联网、5G的发展，常州的电子信息产业的发展也出现新的趋势。下面我们就来谈谈碳纤维及复合材料在电子产品中的应用。

目前电子产品目前朝着便携化、轻薄化发展，使用最常见的有金属材料、工程塑料、复合材料等，其他还有概念性产品如钛合金、木纹或竹纹、皮革等。但从轻量化的趋势和成本、工艺的考量，工程塑料、铝（镁）合金材料、碳纤维复合材料料等材料的应用越来越广泛。

碳纤维复合材料在笔记本电脑外壳上的应用

1998年首次采用碳纤维复合材料作为外壳的IBM 600系列笔记本电脑在全球共销售台以来，已经有多个厂商的多个机型采用，特别是超薄、超轻笔记本或Pad，其中代表的是Dell和联想的Thinkpad机型。Dell的XPS系列的碳纤维笔记本电脑，采用为全碳纤维的板材，外观为3K纹路，体现碳纤维的纹理和质感。联想的Thinkpad X系列的碳纤维笔记本电脑，采用三明治夹芯结构的碳纤维板材，其外观为UD纹路，有的产品还需要进一步喷涂，最主要突出其“轻”。以上两家品牌商，占据了碳纤维笔记本电脑的主要份额。而其他的品牌商，如HP等为了避开竞争，采用连续碳纤维增强的热塑性板材。

碳纤维复合材料在手机上的应用

2021年2月25日华为Mate X2折叠屏旗舰手机发售，据了解，该手机X2搭载了目前业界独有的双旋水滴铰链，通过多维相控联动机制，在弯折处形成一个水滴式的容屏空间，保证了折叠屏展开后的平整度以及折叠后的美观度，做到了折叠后铰链部分无缝隙。

华为常务董事、消费者业务CEO余承东在发布会上表示，这款双螺旋水滴铰链应用了碳纤维复合材料以及高强度钢。其中，铰链的支撑门板采用的碳纤维复合材料让重量减轻了75%；超强钢的强度可达2100MPa，比高安全等级汽车的B柱使用的钢材强度提高50%；铰链中轴使用的锆基液态金属，材料硬度提升了三倍。

目前已经有OPPO、小米等多家手机制造上开发折叠屏手机！

德国厂商 Carbon Mobile 于去年发布的全球首款碳纤维外壳手机 Carbon 1 MK II，目前已经开始销售。

这款手机采用碳纤维单体外壳制造，人工将碳纤维布放入模具中成型，然后使用 CNC 进行加工。由于碳纤维外壳强度足够大，因此内部无需金属部件。为了保证信号质量，手机具备 HyRECM 专利技术，天线位于顶部和底部。

碳纤维复合材料在其他电子产品中结构性应用

随着电视功能的不断发展，人们不再满足单纯的观看电视节目，而是作为户外宣传、集会活动、大型会议等的工具。即使是家庭所用的普通电视，也朝的大屏幕的方向发展。特别是LED电视出现以后，满足了电视大屏幕、超薄的技术要求。

碳纤维的优异性能以及碳纤维复合材料的可设计性，因此技术人员自然而然的就想到把复合材料应用于电视机中的结构材料上。特别是对于许多大屏幕的电视，例如55吋以上的大屏幕电视，此类电视高端超薄产品及超薄模组的发展，背板厚度减薄和后壳结构形态平板化对对背板材料的刚性（抗变形能力）提出更高的需求。碳纤维复合材料具有强度大、刚性好的优点，利用碳纤维复合材料就非常有优势。江苏澳盛复合材料科技有限公司配合国内某知名电视机厂家对碳纤维背板的成型工艺、表面处理工艺、刚性指标进行研究。该电视机方案采用3K外观纹路、内层使用UD单向预浸料进行叠层设计，发现减重效果明显，达到50%以上，受力变形测试满足要求。而且传统的电视背板材料，如镀锌钢板、铝塑板、钢塑板，撤掉外力后，材料的会变形，不能完全恢复原样。而碳纤维背板无论厚薄与常规材料相比，撤掉外力后，其回弹能力强，受外力的冲击几乎不会变形。此外碳纤维背板其独特的编织纹路外观更具科技感，具有强度好、重量轻的优点，在追求轻薄的高端产品上具有较好的应用前景。

对于户外可拆卸的大屏幕LED电视，如演唱会或大型集会需要使用大屏幕的的LED显示屏，此类演唱会或大型集会都是临时性，而且更具不同的场合和需要对场景进行设计，此类大屏幕LED显示屏是有多快的屏幕拼接而成，在活动开始前安装结束后拆卸，但需要快速的装卸，因此轻量化要求很重要。碳纤维复合材料具有高强度、高模量、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变等优点，用其制作箱体，既可以满足轻量化要求，还可以耐户外不利的环境。单人可完成的整屏安装，且可以更换整屏任意箱体，省时、搭建迅速、维护快速；省力，装卸简单、搬运轻便。因此户外可拆卸的大屏幕LED电视由原先的金属材料大多改外碳纤维复合材料。

对于可移动、可装卸或便携式电子产品，因为轻量化要求较高，碳纤维复合材料可以显示身手，除了上诉领域，例如碳纤维的摄像机、VR的可视眼睛等。但目前碳纤维的价格较高，所以还不能得到非常广泛的应用，主要用在一些高端领域。

此外如摄像机等需要人们身背、手持，甚至变换不同的角度进行拍摄，如果使用碳纤维复合材料制成其中的部件，将大大减轻重量，提高操控性。

碳纤维复合材料在电子产品中其他功能性应用

碳纤维除了具有高强度、高模量，还具有导电、导热、抗屏蔽，X光透过性及其他等特殊功能性，在电子产品上有一些功能性的应用。

苹果公司的ipad和minipad等平板电脑系列，因为具有笔记本电脑的部分功能，有非常方面携带，收到人们的好评。该系列产品定位满足人们的娱乐功能，因此声响对于人们的听觉感受非常重要。苹果公司在其ipad中设计使用了用碳纤维复合材料制造的共振片，使其产品具有非常好的影响效果。我们今天用ipad欣赏音乐或视频，感觉其声音浑厚，具有立体效果，这其中就有碳纤维的功劳。

碳纤维具有电磁屏蔽性，在抗干扰电子产品中，可以利用碳纤维复合材料作为壳体，提供有效保护。此外碳纤维还可以制成短纤维和粉末，作为高分子材料的填充，提高材料的导电性和导热性。

研究人员发现，要想用碳纤维制作出“高导热”的垫片，就必须对碳纤维的排布进行干预。

展望

碳纤维复合材料在电子产品中的应用，碳纤维复合材料轻、强的特点满足电子产品小、轻、便携化的发展趋势，在笔记本电脑、电视有着非常好的应用。而且，碳纤维复合材料还有导电、导热、X光透过性强、吸收电磁波等特殊性能，随着研究的深入，将有更多的应用。但目前受制于碳纤维成本和加工工艺，目前多用于高端产品中。相信随着碳纤维价格的下降和产品制作水平的提升，碳纤维复合材料在电子产品中的应用将越来越广泛。

（四）光伏产业篇

 这两年碳纤维应用增长最多的领域除了风电就是光伏了，这得益于光伏领域对大尺寸热场的要求。传统的石墨材料无法满足大尺寸坩埚的强度要求，碳碳复合材料成了主流。

碳-碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm³)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。光伏产业中所使用的碳碳复合材料主要是用于制造坩埚，作为熔炼多晶硅或单晶硅的器皿，在氢化炉热场、直拉单晶热场、多晶铸锭炉热场、太阳能电池镀膜等工艺作为关键设备。以往此类坩埚主要利用高纯石墨制造，但高纯石墨为国外控制，而且随着拉硅单晶炉和多晶铸锭炉生产设备的大型化，石墨材料难以满足。碳碳复合材料具有可设计性和良好的热物理性能,和石墨热场材料相比,具有非常大的优势。

碳纤维复合材料的高强高模、低密度，在轻量化方面作用明显，光伏行业也不例外，如作为硅片支架等。

其他方面，碳纤维在光伏行业也作为明显。如，作为光伏用的碳纤维刮胶片。

光伏电池生产过程中，丝网印刷的效果将直接影响电池的转换效率，印刷核心是印刷后银浆的纵横比。因此对屏幕，银浆和刮刀的要求越来越高。目前，闸线的要求越来越精细，从最初的60um进入目前的30um，甚至更细;而碳纤维刮刀的轻量化作用，可以做到更精细。

如碳纤维辊，可以用于光伏膜的生产、分切中。传统的金属辊筒，自身重量大，机器启动速度慢，惯性大，不仅耗能多、原料损耗大，对生产效率也产生一定的影响。而碳纤维辊具备轻量化、不易磨损、压力均匀、易调节、高精度等优点。

随着碳纤维及复合材料技术的成熟，已经人们研究的深入，碳纤维及复合材料在光伏行业的应用将会越来越多！

（五）医疗器械篇

常州有多家医疗器械企业，目前已经开始尝试碳纤维的应用。

碳纤维的特点

1. 碳纤维的优点

1）碳纤维具有高的比强度、比刚度，强度是钢的7-8倍，密度是钢的1/4；

2）碳纤维具有良好的纤度和柔韧性，做成复材可设计性强；

3）碳纤维X光透过性好；

4）碳纤维导电、导热；

5）碳纤维耐腐蚀性强，抗高低温；

6）碳纤维具有吸附性；

7）碳纤维具有抗疲劳性；

8）碳纤维具有生物相容性。

2. 碳纤维的缺点

脆，轴向向受力大，而径向受力较差，弯曲易折断 。

因此，碳纤维材料除了良好的力学性能，碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，就算有酒精、药物、血渍残留也不会对面板造成影响，而且清理更方便，长期下来不会对面板造成腐蚀的现象，重量很轻，移动起来很方便，方便医务人员更好的调节合适的角度。碳纤维材料力学性能、化学稳定性、与人体的生物相容性，使之在医疗器械和生物材料方面受到广泛的重视。

一、用于医疗影像设备中

从上表可以看出碳纤维复合材料的铝当量只有铝板的1/10，因此非常适合X光设备的透波部分。如我们体检做胸透，贴近胸部部分原来用的是铝板，现在基本上用的是碳纤维复合材料。

此外还有X平板探测器，这是一款多功能的高分辨率X射线平板成像器件，多采用非晶硅薄膜晶体管、光敏二极管阵列及高敏感度碘化铯直接生长闪烁体等先进技术获得超凡稳定的影像性能。可应用医疗、工业无损检测。

此外还有医疗影像的周边设备，如CT和B超检查床面板、诊断床用头托、高清DR平板探测仪用面板，以及支架等。

碳纤维复合材料的吸收率和散射率与其相比要小得多，在诊断时可以相应地降低X射线剂量，降低X光机的功率，延长仪器使用寿命，节省电能。更重要的是碳纤维复合材料因为这种优异的X射线透过性能，允许射线以任何角度照射在床板上而不产生折射，只需小剂量的射线即可获得清晰的造影，从而减少了对患者及医护人员的危害。

二、超导磁体构件

核磁共振成像（MRI）检查已经成为一种常见的影像检查方式，核磁共振成像作为一种新型的影像检查技术。核磁共 振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器、放大器及记录仪等组成。磁铁用来产生磁场，主要有永久磁铁，电磁铁，超导磁铁等。而为了得到较高磁场，必须使用超导磁铁。而超导必须要在极低温度下才可实现，目前是在液氦（氦 -268.785℃）下，周围的力学部件就需要使用特殊的材料。目前知名核磁共振厂家多使用碳纤维复合材料。

三、人工骨和人工关节

目前碳纤维复合材料已广泛应用于骨内固定板、骨填料、髋关节柄、人工种植齿根、颅骨补修材料以及人工心脏材料等。人体骨骼的弯曲强度在100Mpa左右，弯曲模量在7～20Gpa，拉伸强度约150Mpa，抗拉模量约在20Gpa。而碳纤维复合材料的弯曲强度为89Mpa左右，弯曲模量为27Gpa，拉伸强度约43Mpa、抗拉模量约24Gpa，相较而言已接近或超越人体骨骼的强度。而且碳纤维材料和人体的相容性更好。

传统的金属内固定材料由于存在所谓的“应力遮挡效应”，使骨骼在愈合过程中出现血运破坏，即使骨骼愈合后也极易出现再骨折和骨质疏松等现象。碳纤维增强高分子复合材料以其优异的力学性能和生物相容性正得到研究者的普遍关注。

有科研工作者利用碳纤维环氧树脂复合材料与钛合金和不锈钢的骨折内固定板进行了对比分析，发现碳纤维环氧树脂复合材料具有高耐疲劳性、低模量和良好的生物相容性。通过体内临床试验，对133 例前臂骨折患者应用钛合金和不锈钢板进行固定，其中骨连接错位 3%; 骨不连 5%; 松动 6%; 感染 5%;板断裂 3%。而在40例前臂骨折患者中应用碳纤维环氧树脂固定，原来所有骨折处均呈现良好的骨连接，在6个月内67%呈现骨重建，无一板断裂。

科研工作者制备了碳纤维树脂基材料（环氧树脂、PEEK、UHMWPE），短切碳纤维增强纳米羟基磷灰石( HA) /聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 复合材料人工骨板， 通过动物、人体的体内实验发现，碳纤维复合材料具有以下有点：有更高的力学强度、弹性模量和耐疲劳性能，碳纤维增强高分子复合材料不但可用作一般的非承载骨骼，同时也可用作骨折内固定板或钉；具有优异的柔韧性，不易发生折断；很少引起骨质疏松；材料的生物活性和生物相容性好等……

四、在假肢中应用

2008年北京残奥会上，奥斯卡也是当之无愧的明星。他一举夺得100米、200米以及400米比赛的三金。赛场上，特别引人注目的是奥斯卡膝盖下那两条闪着寒光黑色刀锋形状碳纤维假肢，那是他的专用比赛假肢——“猎豹”。碳纤维假肢甚至让残疾人跑的比常人更快！

除了运动员，其他肢体残疾人也有较大的需求。

五、外骨骼

两年前一则视频在微博上引发热议。一位瘫痪多年的父亲借助外骨骼机器人重新站了起来，并且久违地亲自接到了放学的女儿。

2020年12月9日，《央视军事》视频报道中出现一款新装备，西藏边防战士用起了单兵外骨骼系统。

报道称在海拨5000米以上高原，这款外骨骼系统可以撑起一个成年人体重物资，更重要的在人性化方面还能有效避免腰部和腿部损伤。视频中战士正背着20公斤重物资行进中，使用战士表示这些重量都集中在外骨骼上，不会下到人身上——也就是跟无负重行走一样。

而这些外骨骼系统最好的材料就是碳纤维复合材料！

六、理疗产品

碳纤维在通电情况下会发热，碳纤维发热75%以上的热能以远红外方式、且波长为7-14um、当两段波长相等相互作用时就会产生共振现象。而人体是生物体，人体70%-80%以上是由水分子组成，在共振作用下，首先激活了水分子的振动，而产生一系列生理上的反应，可促进人体皮肤和皮下组织中的细胞温度上升，使人体由内至外产生热传递，促进和改善了人体的血液循环；有利于消除人体疲劳和肌体机能恢复，增强新陈代谢，提高人体免疫功能。因此具有一定的保健功能。

七、其他

碳纤维复合材料可以用于扶手、臂托、脚托、腿托、靠背、护裙板以及框架管等配件中，这些配件大都可以调节高度，碳纤维复合材料便于通过机械连接与轮椅整体进行装配，最为重要的是这些配件在使用了碳纤维复合材料后，轮椅的整体重量得到了明显的缩减，而且作为使用频率很高的部件，也变得更加结实耐用。如，生化仪器，如离心机等。

（未完待续）