成分結(jié)構(gòu)

　　碳纖維是由 有機(jī)纖維 經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。

　　碳纖維是一種 力學(xué) 性能*異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維 樹(shù)脂 復(fù)合材料抗拉 強(qiáng)度 一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉 彈性模量 為230~430Gpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其 密度 之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度*高，則構(gòu)件自重*小，比模量*高，則構(gòu)件的剛度*大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。

　　綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、 金屬基復(fù)合材料 、陶瓷基復(fù)合材料)的*異性能，不少人預(yù)料，人類(lèi)在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。

碳纖維

化學(xué)性質(zhì)

　　碳纖維 是含碳量高于90%的無(wú)機(jī) 高分子 纖維。其中含碳量高于99%的稱(chēng) 石墨纖維 。碳纖維的軸向強(qiáng)度和 模量 高，無(wú)蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，***性好，纖維的密度低，X射線透過(guò)性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬?gòu)?fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。

碳纖維的制備

　　碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維 、瀝青纖維、粘膠絲或 酚醛纖維 經(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長(zhǎng)絲、 短纖維 和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和***型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕(MPa)、模量為100GPa左右。***型碳纖維又分為高強(qiáng)型(強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱(chēng)為*高強(qiáng)型；模量大于450GPa的稱(chēng)為*高模型。隨著航天和**工業(yè)的**，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2%。用量*大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。

　　目前應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化(預(yù)氧化)、碳化、石墨化等4個(gè)過(guò)程。其間伴隨的化學(xué)變化包括，脫氫、環(huán)化、氧化及脫氧等。

碳纖維的強(qiáng)伸性能**

　　由于原料、模量、強(qiáng)度和*后的熱處理溫度不同，產(chǎn)生了*性不同的碳纖維，前者硬而脆的常用于復(fù)合材料，軟而柔順的常用于紡織；后者多被用于工程用料。由于碳纖維的應(yīng)用*來(lái)*多兼之其*性，碳纖維強(qiáng)力拉伸性能**的緊迫性擺在了我們面前。強(qiáng)伸性能**屬于破壞性的，**完畢試樣沒(méi)有可恢復(fù)性，又因?yàn)樘祭w維分離成為單纖維以后非常脆弱，因此在每次**過(guò)程中，需要細(xì)心、耐心，**前不要對(duì)試樣造成損傷。一般**需要得到的技術(shù)**是CV值、平均值等。

　　碳纖維的拉伸性能**分單絲法和復(fù)絲法。碳纖維分離成為單纖維以后非常脆弱，剪切強(qiáng)度 *低，稍有不慎就會(huì)斷裂，因此在每次**過(guò)程中，需要細(xì)心、耐心，不要對(duì)試樣造成損傷。單纖維強(qiáng)伸性能**通常采用紙框法固定試樣，當(dāng)然也不排除其他方法。單纖維強(qiáng)伸性能**要采用能**碳纖維的高強(qiáng)高模纖維強(qiáng)力儀。

　　紙框法固定試樣，剪取適當(dāng)長(zhǎng)度的該碳纖維**樣品,用鋼針沿著纖維方向?qū)⑵浞蛛x，使**樣品蓬松便于抽取。用取樣盤(pán)來(lái)盛取試樣，為**測(cè)得結(jié)果的準(zhǔn)確性，不能對(duì)碳纖維造成**損傷。采用****制作襯紙*麻煩，在**過(guò)程中我用電腦制圖找到一個(gè)簡(jiǎn)單易行的方法。取0.1mm左右厚的打印紙做基片；按圖1尺寸用Word制圖，劃出一個(gè)尺寸合適的框，復(fù)制滿(mǎn)A4紙打印(圖1是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸時(shí)，裁切線的長(zhǎng)度應(yīng)增加一倍)；直尺放與裁切線吻合后用刀片沿裁切線將實(shí)線部分裁除，然后兩端貼上5mm寬的雙面膠紙；抽取分離的單根碳纖維**樣品，沿中心虛線放上，并用雙面膠紙固定。也可以用融化后的松香，將單根碳纖維“焊接”在紙框上，其“焊點(diǎn)”起到固定單根碳纖維的作用(****：采用“焊接”方式?jīng)]有雙面膠紙固定方式好用，而且?jiàn)A持試樣時(shí)要離開(kāi)“焊點(diǎn)”)；再用8～10mm寬的紙條，沿著裁切線寬度方向覆蓋雙面膠紙和**樣品端頭，沿剪切線剪切，分離成固定在單個(gè)紙框上的待**樣。注意：碳纖維的取樣比較困難，尤其處理后的碳纖維，*細(xì)，也*難分辨是一根還是兩根，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中 曲線 對(duì)比進(jìn)行判斷如果記錄下的 曲線斜率 明顯大于其他試樣的*有可能是兩根纖維，必要時(shí)可以用 放大鏡 配合取樣。

應(yīng)用領(lǐng)域

　　碳纖維可加工成織物 、氈、席、帶、紙及其他材料。**使用中碳纖維除用作*熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為 增強(qiáng)材料 加入到樹(shù)脂、金屬、 陶瓷 、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作** 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**外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、 汽車(chē) 板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。

碳纖維

1994年*2002年左右，隨著從短纖碳纖維到長(zhǎng)纖碳纖維的學(xué)術(shù)**，使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入**和民用領(lǐng)域。現(xiàn)在**已經(jīng)有使用長(zhǎng)纖碳纖維制作**電網(wǎng) 電纜 的使用案例多處。同時(shí)，碳纖維發(fā)熱產(chǎn)品，碳纖維采暖產(chǎn)品，碳纖維遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品也*來(lái)*多的走入尋常百姓家庭。

　　碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術(shù)密集型和政治敏感的**材料。以前，以 美國(guó) 為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)(COCOM)，對(duì)當(dāng)時(shí)的 社會(huì)主義** 實(shí)行禁運(yùn)封鎖政策，1994年3月，COCOM雖然已解散，但禁運(yùn)封鎖的陰影仍籠罩在上空，**的碳纖維技術(shù)仍引不進(jìn)來(lái)，**是***PAN基原絲技術(shù)，即使我國(guó)進(jìn)入WTO，形勢(shì)也不會(huì)發(fā)生大的變化。因此，除了國(guó)人繼續(xù)自力***展碳纖維工業(yè)外，別無(wú)其它選擇。因此，**尤其是碳纖維生產(chǎn)技術(shù)**的日韓等國(guó)對(duì) ** 的碳纖維材料及制品的**一直保持相當(dāng)謹(jǐn)慎的態(tài)度，只有為數(shù)*少的****能夠與其建立合作關(guān)系，**其產(chǎn)品的**渠道。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

　　目前**碳纖維產(chǎn)量達(dá)到4萬(wàn)噸/***，全**主要是** 東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司以及美國(guó)的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及 德國(guó) SGL西格里集團(tuán)， 韓國(guó) 泰光產(chǎn)業(yè)，我國(guó) 臺(tái)灣* 的臺(tái)塑集團(tuán)，等少數(shù)**掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，并且有**化大生產(chǎn)。

　　目前，在祖國(guó)大陸還沒(méi)有一個(gè)年產(chǎn)100t的**化碳纖維工廠，大多還處于中試放大階*。**一提的是我國(guó)臺(tái)灣*的臺(tái)塑集團(tuán)，在80代年中期從美國(guó)Hitco公司**百?lài)嵓?jí)碳纖維生產(chǎn)線，經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速**，臺(tái)塑產(chǎn)量增加*快，但碳纖維**的提高幅度并不大。

國(guó)產(chǎn)**

　　我國(guó)對(duì)碳纖維的**開(kāi)始于20世紀(jì)60**，80**開(kāi)始**高強(qiáng)型碳纖維。**來(lái)進(jìn)展緩慢，但也***一定成績(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)**較快，安徽華皖碳纖維公司率先**了500噸/年原絲、200噸/年PAN基碳纖維(只有東麗碳纖維T300水平)，使我國(guó)碳纖維工業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化。隨后，一些廠家相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。據(jù)不**統(tǒng)計(jì)，目前，我國(guó)已有12家生產(chǎn)**大小不一(5～800噸/年)的PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家，合計(jì)生產(chǎn)能力為1310噸/年，產(chǎn)品規(guī)格為1K、3K、6K、12K。但由于一些**沒(méi)有原絲可燒，實(shí)際**碳纖維的總產(chǎn)量不足40噸/年，而且產(chǎn)品**不太穩(wěn)定，大多數(shù)達(dá)不到T300水平。

　　可喜的是，從2000年開(kāi)始我國(guó)碳纖維向技術(shù)多元化**，放棄了原來(lái)的硝酸法原絲制造技術(shù)，采用以二甲基亞砜 為溶劑的一步法 濕法紡絲 技術(shù)獲得**。目前利用自主技術(shù)**的少數(shù)國(guó)產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到**同類(lèi)產(chǎn)品水平。

碳纖維生產(chǎn)線

隨著**來(lái)我國(guó)對(duì)碳纖維的需求量日益增長(zhǎng)，碳纖維已被列為** 化纖 **重點(diǎn)扶持的新產(chǎn)品，成為**新材料****的熱點(diǎn)。據(jù)不**統(tǒng)計(jì)，目前擬建和在建的碳纖維生產(chǎn)**有11家，合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲7100噸/年、碳纖維1560噸/年，其中在建**為4家，合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲1100噸/年、碳纖維470噸/年。

應(yīng)用**

　　盡管我國(guó)碳纖維生產(chǎn)**緩慢，而消費(fèi)量卻一直在逐漸增加，**需求旺盛。主要用途包括體育器材 、一般工業(yè)和**航天等，其中體育休閑用品的使用量*大，占消費(fèi)量的約80%～90%。我國(guó)碳纖維的需求量已*過(guò)3000噸/年，2010年將突破5000噸/年。主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋撼墒?*有**航天及**領(lǐng)域(**、**、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、雷達(dá)等)和體育休閑用品( 高爾夫球桿 、漁具、 網(wǎng)球拍 、 羽毛球拍 、箭桿、 自行車(chē) 、賽艇等)；新興**有 增強(qiáng)塑料 、壓力容器、建筑加固、 風(fēng)力發(fā)電 、摩擦材料、鉆井平臺(tái)等；待****有汽車(chē)、醫(yī)療器械、新能源等。

現(xiàn)況

　　我國(guó)碳纖維復(fù)合材料 的**開(kāi)始于20世紀(jì)70**中期，經(jīng)過(guò)近40年的**，已***長(zhǎng)足進(jìn)展，在航天主導(dǎo)產(chǎn)品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛應(yīng)用。**來(lái)，我國(guó)體育休閑用品及壓力容器等領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求迅速增長(zhǎng)， **航天技術(shù) 的快速**急需***碳纖維及其復(fù)合材料等，**需求*加旺盛。

　　為了滿(mǎn)足****對(duì)碳纖維不斷增長(zhǎng)的需求，應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳纖維工業(yè)的國(guó)產(chǎn)化和**化。為此，**加快技術(shù)**，掌握核心技術(shù)；加速原絲技術(shù)**，**高純度原絲；強(qiáng)化應(yīng)用**和****，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維在我國(guó)大有**前途，但應(yīng)總結(jié) 滌綸 等化纖**的**教訓(xùn)，避免盲目**，實(shí)現(xiàn)健康**。

　　為了****的制造和**航天事業(yè)的**，我國(guó)還**盡快地實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)中模型碳纖維的產(chǎn)業(yè)化。但是，因?yàn)?**碳纖維是****航天等**技術(shù)必不可少的材料，**受到以美國(guó)為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)的封鎖。雖然“ 巴統(tǒng) ”在1994年3月解散了，但禁運(yùn)的陰影仍然存在。即使對(duì)我國(guó)解除了禁運(yùn)，開(kāi)始也只能是通用級(jí)碳纖維，而不會(huì)向我們出售***碳纖維技術(shù)和設(shè)備。因此，*****碳纖維**要靠我們自己。

　　我國(guó) 化學(xué)纖維 工業(yè)“十一·五”**規(guī)劃中提出了“從以增加數(shù)量為主轉(zhuǎn)向大力******纖維”，**是把事關(guān)**產(chǎn)業(yè)**的****纖維材料作為重中之重，而且碳纖維被列為首位，是**迫切需要短期內(nèi)突破的****纖維品種，為我國(guó)碳纖維的**創(chuàng)造了條件，我們要抓住這一機(jī)遇，自力*生、努力**，**具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的**需求。**“863 計(jì)劃”以及有關(guān)部委都在關(guān)心我國(guó)碳纖維工業(yè)的**及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強(qiáng)有力的支持，許多材料專(zhuān)家也扎扎實(shí)實(shí)的做了許多工作。“十一五”期間，我國(guó)又啟動(dòng)了相關(guān)“973計(jì)劃”。相信“十一五”將是我國(guó)碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的**時(shí)代。