隨著社會經濟高速發展和人類生活水平的極大提高，人們對生活質量要求也越來越高，而高質量的生活依賴於材料的革新與應用。碳纖維、芳綸與超高分子量聚乙烯纖維這三大超強纖維的出現不僅使現代人能夠重溫當年“千裏走單騎”的豪邁，更使得普通人遨遊太空變為可能。它們正在21世紀國民經濟的各個領域中發揮著特有的奇異性能——超高強度和韌度、耐壓、耐高溫、阻燃、抗輻射等。
2.1千裏單騎之謎
近年來，山地自行車因其優越的騎行性能而風靡全國各大都市，現代驢友們僅靠一輛山地自行車，竟能日行近250千米，經常穿梭於都市與都市或都市與景區之間。其中，有什麼奧秘呢？難道他們真的個個意誌力超強？體能不同凡響？為此，對驢友們展開了調查，結果發現，驢友們使用的山地自行車不同於傳統山地自行車，它們不僅質量輕（如，一輛二八型山地自行車不足10千克），而且強度高（車架抗外界衝擊強度相當於傳統山地車的3～5倍），同時整個車架一次成型，比傳統山地車更適合崎嶇道路。那麼，現代山地自行車究竟使用了何種材料使得其質量輕、強度高呢？眾所周知，隨著對自行車高強度和輕量的追求，自行車材料經曆了鐵→鉻鉬鋼→鋁/碳合金→鈦合金→碳纖維的發展過程。目前，山地自行車車架、輪轂的材料均為碳纖維。
2.1.1碳纖維材料簡介
碳纖維材料是目前人們談論最多的一種先進材料，“輕，硬，彈，型”已經成為其代名詞。但是許多人對碳纖維的認識模糊不清，僅僅停留在其名字上。
碳纖維是由有機纖維經炭化及石墨化處理而得到碳含量大於90%的微晶石墨材料，其微觀結構為亂層石墨結構；其中，碳含量大於99%的纖維又稱“石墨纖維”。顯然，碳纖維屬於無機高分子纖維。
按照碳纖維的軸向強度和模量，可將其分為通用型（強度約1000兆帕、模量約100吉帕）、高強型（強度2000兆帕、模量250吉帕）和高模型（模量大於300吉帕）三個類型。其中，高強和高模型碳纖維又稱為高性能碳纖維。當碳纖維強度大於4000兆帕時，又稱為超高強型碳纖維；模量大於450吉帕的稱為超高模型碳纖維。隨著航天和航空工業的發展，還出現了高強高伸型碳纖維，其延伸率大於2%。
碳纖維具有四大優勢：第一，質輕（同樣體積時，其質量僅為鋼材質量的20%～25%）；第二，堅硬（硬度相當於鋼材的6～7倍，鋁合金的10倍以上）；第三，彈性大（達到或超過鋼材彈性）；第四，造型多變（碳纖維的碳含量非常高，可進行多造型的加工）。顯然，碳纖維是山地自行車的車架與輪轂的最佳材料。但是值得注意的是，碳纖維抗衝擊性能相對較弱，容易損傷，特別是在強酸作用下會發生氧化，因此，常常將碳纖維用作增強複合材料，這樣不僅避免單獨使用碳纖維時抗衝擊強度低、容易損傷等缺點，而且大大提高其抗拉強度與比模量。
除了用於自行車車架與輪轂材料之外，碳纖維還可以用於其他生活用品製造。這是由於碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性（如在有機溶劑、酸、堿中均不溶不脹，耐蝕性出類拔萃），兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維，這些可用於製作一些碳纖維布等柔軟性用品，如各種織物、氈、席、帶、紙等。
碳纖維加入到混凝土、金屬、各類樹脂、陶瓷等材料中可構成複合材料，可用作飛機結構、火箭外殼、汽車板簧、機動船驅動軸、電磁屏蔽除電、工業機器人等材料，還可用作人工韌帶等身體代用材料。隨著碳纖維生產技術的改進，已經可以使用長纖碳纖維製作國家電網電纜了。
2.1.2碳纖維的發展曆史
早在19世紀末，人們已經開始使用碳纖維，例如，愛迪生發明白熾燈的燈絲就是碳纖維。然而，直到1959年，從美國研製出名為“HyfilThomel”的纖維素基碳纖維開始，碳纖維才作為一種新興行業進入到一個蓬勃發展階段。20世紀60年代，日本與英國先後研製出聚丙烯腈（PAN）基碳纖維。隨後，日本群馬大學又試製出以瀝青或木質素為原料的通用型碳纖維。1976年美國建成高性能碳纖維生產裝置。
我國在該領域的進展非常緩慢，成績平平。直到2004年，當意識到碳纖維對現代國民經濟的影響越來越大時，才由安徽華皖碳纖維公司率先引進了500噸/年原絲與200噸/年PAN基碳纖維生產設備，隨後，一些廠家相繼進行碳纖維生產。但是整體上講，生產規模較小，碳纖維質量較差，僅相當於日本T300水平，日本已經具有T700水平（T300和T700是碳纖維的品級，通常以抗拉伸強度為衡量標準）。因此，我國技術人員正在努力研究，據報道，中複神鷹碳纖維有限公司已經研製出T700碳纖維，估計不久後將能工業化生產。在此特別值得一提的是，中國科學院化學研究所製定了國內第一份碳纖維及其原絲微觀結構表征國家標準，為碳纖維及其原絲內部微缺陷的演化過程研究奠定了基礎。該項目成果已成功應用於T700級碳纖維噸級生產試驗線。
碳纖維是軍民兩用新材料，屬於技術密集型材料，也屬於政治敏感性關鍵材料。目前，全球碳纖維年產量已達4萬噸，生產技術領先的美、日、韓對我國至今仍然采用技術封鎖，日、韓、德等國對我國碳纖維材料及製品的出口相當謹慎，隻有為數很少的中國企業能夠與其建立合作關係，擁有其產品的進口渠道，但原絲生產技術（原絲占總成本的50%～65%，製約著碳纖維的生產成本和市場競爭能力）仍然掌控在日本、美國、德國、韓國等少數企業手中，對我國處於半封鎖狀態，這些嚴重製約我國碳纖維事業的發展。因此，除了國人自力更生發展碳纖維工業外，別無選擇。
2.2防患於未“燃”
在社會生活高速運轉的今天，人們要增強人身財產安全防護意識，特別是防火災意識，否則可能造成不可挽回的損失。據報道，2000年3月，因電熱器引燃沙發、牆紙，河南焦作天堂錄像廳發生火災，死亡近百人，直接經濟損失百萬元；同年12月，因焊渣引燃絨布、海綿床墊，洛陽東都商廈發生大火，死數百人，直接財產損失200多萬元；2010年11月，因電焊產生的電火花引燃尼龍防護網、竹片踏板等建築材料，上海靜安區發生重大火災，死亡幾十人，僅房產損失約數億元。這些血淋淋的案例讓我們在提高防火意識的同時，開始尋找生活中易燃物的替代品。目前人們已經研製出可用於防火阻燃的纖維材料，可用於製作防火毯類的物品。