研发背景
三维碳纤维棒复合材料因其耐高温、耐腐蚀、抗冲击力等优良性能，人们已广泛地将其应用在航空航天、高端产业等各领域中。但是在实际应用过程中，三维碳纤维棒复合材料因采用的碳纤维为三维的水平垂直及纵向结构，导致存在以下缺陷：

其一：由于不是多角度增强受力，因此受力强度不够均匀（剖截面上受力强度不一致），不能多方位抵抗冲击力；

其二：由于本身由短切碳纤维棒构成，因此限制了碳纤维棒本身的固特性，其耐高温、耐腐蚀、抗冲击力等优势得不到充分体现；

应用范围
1. 航空航天应用市场

2. 体育休闲碳纤维应用市场

3. 风电叶片应用市场

4. 汽车应用市场

5. 建筑应用市场

6. 船舶应用市场

7. 压力容器

8 .深海石油平台

9 .高速铁路

10.油气管道修补

技术路线及原理

目前行业中通常采用的碳纤维复合材料骨架材料均为二维或三维（2D或3D）结构，是利用无纺编织加之针刺整合而成的软编织为骨架材料，再经过多重CVD及CVI，最后再经高温处理，使之成为集高温、抗氧化、并且具有良好的力学性能的功能性复合材料，亦称为C/C材料

采用采用拉挤的细炭纤维刚性棒，构成轴向增强网络，在水平方向用软炭纤维纱针织成三向，组成软硬混编4D预制体，经高压沥青浸渍碳化致密化工艺（HIPIC），制成高密度（1.93～1.94g/m3）4D碳/碳喉衬材料，其抗烧蚀性能比径棒法4D碳/碳喉衬材料提高了20～50%。

技术特色
（1）技术具有先进性和应用性。 该项目涉及的四维棒结构由于结构的改变，能完好的保持碳纤维的固有特性，采用棒材进行编织，其空隙又是开放的，保证了后续CVD、CVI的顺利进行，更突出的是由于整体结构是互相斜交，整体更稳固，而且不论在哪个点面上所受的抗冲击力强度都非常均匀，各项力学性能远超目前3D直角网目结构骨架材料的复合材料。此外，四维棒结构较之三维的生产周期短至少25%，成品率高，可以根据客户的需求定制尺寸，甚至可以制作较大体积的产品。 该项目技术与相关的现有技术相比，在碳纤维棒形状以及碳纤维棒构成角度两个方面存在不同，并在理论研究的基础上，成功制作出4D的碳纤维骨架，逐步摸索出一套简化的生产工艺。产品在性能指标上优于目前市场上普遍采用的2D、3D碳纤维复合材料。 （2）弥补国内产品技术上的不足，提高质量。 该项目的四维碳纤维棒复合材料具有特殊的交织结构，使它具有传统的颗粒或纤维增强复合材料所没有的某些特性，能区别于目前常见的碳纤维产品，弥补国内碳纤维产品技术上的不足，提高产品质量，更适用于高端产品市场。 （3）市场巨大，应用前景看好。 鉴于碳纤维技术的不断成熟，碳纤维市场的应用范围也在不断扩大，航空航天领域对于碳纤维复合材料的质量要求较高，碳纤维在航空航天领域应用广泛。 一般只有中高端产品才能满足该领域的需求，因此总体材料成本较高，应用不如汽车普遍。随着技术的不断突破，碳纤维在飞机上的大规模应用将变得普及，除此之外，车用碳纤维也可能成为最先打开的下游市场，风机叶片也将是碳纤维应用的主要场所，而该项目产品在性能上的优势正能满足未来市场需求。

经济效益分析
随着建筑与桥梁的老化，碳纤维复合材料用于建筑补强的市场是越来越大。美国有半数桥梁（6×105座）已经到了该维修的阶段了，而欧洲有更多的老桥梁与老建筑。德国政府计划在2030年前花费1.6×1010 欧元来维修。

对于海上建筑（如人工岛屿、海上石油平台等），碳纤维复材不光轻（可降低运输和工程费用），而且耐腐蚀（可大大提升使用寿命），在成本降低之后，会有更加广阔的应用空间。

军事上，采用轻质刚强的碳纤维复合材料，可以大大提高部队临时架设桥梁的效率，从而大幅度提升作战速度。

对于竞赛类船舶，减轻质量的价值相当巨大。据国外同行信息：每减轻质量1 kg价值相当于1×104美元。随着我国水上竞技项目的发展以及公众的跟随效应，将对碳纤维形成新的需求。