摘 要：本文就碳纤维复合材料的应用现状及自身特点与优势阐述碳纤维复合材料在家具材料中的应用前景，以求简明扼要地说明碳纤维复合材料对于现有家具结构的弥补与家具材料的升级。
关键词：家具材料；碳纤维复合材料；家具结构弥补；家具材料应用
Abstract： This paper illustrates the application prospect of carbon fiber composite used in furniture materials based on the current application and its characteristics and advantages and explains the make-up for the existing furniture structure from the carbon fiber composite materials and the upgrade of furniture materials concisely.
Key words： Furniture Materials， Carbon Fiber Composite， Make-up of Furniture Structure， Application in Furniture Materials
1 前言
从公元前4000多年的古埃及王朝一直到19世纪欧洲第二次工业革命前，家具的历史实际上就是木器的历史。现代家具出现于19世纪末期，依托着两次工业革命带来的飞跃生产力，家具制造工业在一个多世纪的发展时间内极大地提高了生产效率与能力，并不断催生出全新的生产工艺。但相较于生产方式的快速革新，家具材料的更新换代往往滞后。目前，对于我国而言，家具业用材依然严重依赖木材，其中以硬材为主体。硬材树种主要生长在温带和热带。而我国除云南、海南岛处于热带，生长有少数的热带硬木外，热带硬木在我国是十分稀缺的资源。加之我国的木材利用过程中浪费严重，利用率仅为50%左右，我国家具工业发展将面临木材资源短缺的問题。因此，应用新材料替代传统木材显得尤为重要。目前市场上非木质家具材料大致可分为五类：金属材料、无机非金属材料、天然有机材料、合成有机材料、复合材料。随着开发碳素材料新技术的不断升级，碳纤维复合材料在未来家具中的应用前景十分广阔。
2 碳纤维复合材料的应用现状
碳纤维复合材料主要有碳纤维增强树脂基复合材料（CFRTS/CFRTP）、碳纤维增强碳基复合材料（C/C）、碳纤维增强金属基复合材料（CFRM）、碳纤维增强陶瓷基复合材料（CFRC）、碳纤维增强塑料复合材料（CFRP）、碳纤维增强橡胶复合材料（CFRR）、碳纤维增强木材复合材料（CFRW）等。目前碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器汽车板簧和驱动轴等。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都使用碳纤维复合材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度。
3 碳纤维复合材料对于传统木材缺点的弥补
尽管木材千百年来始终占据家具制造工业中不可替代的位置，但其本身固有的易变色、易开裂、易腐朽等问题始终困扰着人们，伴随着现代社会的发展，传统木质家具已无法满足人们的消费需求。在家具中应用碳纤维复合材料，得益于其远超其他现有家具材料的七大优势：
（1）高强度（钢铁的5倍）
（2）出色的耐热性（耐受2000℃以上的高温）
（3）出色的抗热冲击性
（4）低热膨胀系数（变形量小）
（5）热容量小（节能）
（6）比重小（钢的1/5）
（7）优秀的抗腐蚀与辐射性能
下面从碳纤维复合材料的几点特性优势解读其对传统木材缺陷的弥补：
乌金木被誉为“第九种红木”，天然的木色色彩醒目且极具流动性，致命的缺陷在于含水率的变化使它容易变形和开裂，不能适应过冷或过热、干燥或潮湿的环境。相同环境条件下，碳纤维复合材料的抗逆性更为出色。研究结果表明，结构类型和温度的不同，湿度及湿热同时作用的环境对碳纤维复合材料的力学性能有不同程度的影响。单向碳纤维复合材料正交各向异性，沿碳纤维增强方向的拉伸和压缩性能明显高于垂直纤维方向，正交叠层增强碳纤维复合材料正交各向异性，经向拉伸、压缩性能稍高于纬向。温度对碳纤维几乎没有影响。只有在异常应用环境下，碳纤维拉伸强度才会有剧烈变化。
胡桃木材色优雅，制作的家具优雅大方。但木材的干湿缩胀都会对胡桃木家具产生重大影响，不紧密的木材结构决定了它的抗压和抗弯曲能力都不尽如人意。裸露部位容易被损坏或侵蚀。碳纤维复合材料结构则具有较高抗压和抗弯曲强度。研究发现，采用直碳纤维和螺旋碳纤维增强PTFE复合材料，发现直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势，螺旋碳纤维增强复合材料的硬度则缓慢提高，两种纤维均可使抗压强度提高。而将碳纤维增强聚碳酸酯与玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料性能对比可发现碳纤维增强聚碳酸酯的力学性能有明显的提高。随着碳纤维含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势。
榆木天然纹理优美，密度大、材质硬。榆木有新老之分。老榆木家具的缺点是易生虫，新榆木家具的缺点是收缩严重。碳纤维复合材料正具有极低的热膨胀系数，在正常温度变化范围内几何特性变化几乎为零。碳纤维复合材料当然也不会提供虫子寄生的环境。在设计和使用碳纤维复合材料时，耐腐蚀性能是一个重要指标。在不同的环境条件下，复合材料的耐腐蚀性能可以用不同的物理性征表述。家具作为家居用品，材料的耐腐蚀性评判标准大都基于在地球自然的气候环境中耐自然老化的能力。研究发现，碳纤维复合材料的老化主要受紫外线、氧气以及潮湿的影响，老化通常从复合材料的表面开始逐渐向内部延伸。在室内干燥环境中，紫外线和潮湿的影响就大大减弱了。表面涂漆膜又可有效阻止氧气的侵入。可见，放置在室内干燥环境中的碳纤维复合材料家具的耐腐蚀性能可以得到最大的优化。尤其是碳纤维增强塑料复合材料，即使在各种腐蚀性环境中，腐蚀磨损都非常小，可与有腐蚀性的气体、液体接触；耐海水浸渍；在水中煮沸前后的弯曲模量几乎不变，吸油溶胀率几乎为零。
