碳纤维的局限性

碳纤维是一种聚合物（也称为石墨纤维）。当要求高强度和轻质时，它通常是首选材料。

由于碳纤维增强复合材料具有这些非常理想的品质，因此具有许多应用。碳纤维可以在飞机、汽车、自行车、高尔夫球杆和帆船等中找到。

虽然碳纤维与其前体相比具有许多优势，但其积极属性并非没有成本。虽然它的最终形式很坚固，但它的原始形式非常致密和脆弱。生产碳纤维最终产品本质上是能源密集型的。

用于制造碳纤维的原材料称为“前体”。尽管前驱体的精确组成可能有所不同，但90%的碳纤维采用聚丙烯腈作为其前驱体。

生产很大程度上取决于最终产品的具体目标。各种化学和机械工艺用于制造最终的碳纤维复合材料。通常，产品会经历许多阶段，从纺纱、稳定和碳化，到处理表面和上浆。

其中一些步骤很复杂，需要高温。它使该过程既耗能又昂贵。如一项新研究所示，制造一公斤碳纤维消耗100-900兆焦耳的能量。与钢铁生产相比，钢铁生产的能耗为每公斤20-30MJ。

考虑碳纤维的生产成本。一条一流的装配线仅设备的资本成本就至少为2500万美元。

复杂的制造过程也带来了巨大的环境损失。生产碳纤维需要十次化学反应、四次相变和四次机械过程。

根据最近的一项研究，与钢铁相比，碳纤维生产的温室气体（GHG）强度是惊人的。由聚丙烯腈制成的碳纤维每公斤产生24公斤二氧化碳。相比之下，钢铁每公斤仅产生2-3公斤二氧化碳。