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碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優(yōu)勢。

碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫(yī)學領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進入一個高級階段。

由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據(jù)報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關(guān)鍵部件以及先進的MX導彈發(fā)射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。

現(xiàn)在的F1（世界一級方程錦標賽）賽車，車身大部分結(jié)構(gòu)都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結(jié)構(gòu)強度

碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復合材料。碳纖維增強的復合材料可用作飛機結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。