成分結(jié)構(gòu)

　　碳纖維是由 有機纖維 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)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。

　　碳纖維是一種 力學 性能*異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維 樹脂 復合材料抗拉 強度 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的比強度即材料的強度與其 密度 之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度*高，則構(gòu)件自重*小，比模量*高，則構(gòu)件的剛度*大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景。

　　綜觀多種新興的復合材料(如高分子復合材料、 金屬基復合材料 、陶瓷基復合材料)的*異性能，不少人預料，人類在材料應用上正從鋼鐵時代進入到一個復合材料廣泛應用的時代。

碳纖維

化學性質(zhì)

　　碳纖維 是含碳量高于90%的無機 高分子 纖維。其中含碳量高于99%的稱 石墨纖維 。碳纖維的軸向強度和 模量 高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導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射線透過性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。

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)分為長絲、 短纖維 和短切纖維；按力學性能分為通用型和***型。通用型碳纖維強度為1000兆帕(MPa)、模量為100GPa左右。***型碳纖維又分為高強型(強度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強度大于4000MPa的又稱為*高強型；模量大于450GPa的稱為*高模型。隨著航天和**工業(yè)的**，還出現(xiàn)了高強高伸型碳纖維，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(預氧化)、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環(huán)化、氧化及脫氧等。

碳纖維的強伸性能**

　　由于原料、模量、強度和*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。由于碳纖維的應用*來*多兼之其*性，碳纖維強力拉伸性能**的緊迫性擺在了我們面前。強伸性能**屬于破壞性的，**完畢試樣沒有可恢復性，又因為碳纖維分離成為單纖維以后非常脆弱，因此在每次**過程中，需要細心、耐心，**前不要對試樣造成損傷。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**分單絲法和復絲法。碳纖維分離成為單纖維以后非常脆弱，剪切強度 *低，稍有不慎就會斷裂，因此在每次**過程中，需要細心、耐心，不要對試樣造成損傷。單纖維強伸性能**通常采用紙框法固定試樣，當然也不排除其他方法。單纖維強伸性能**要采用能**碳纖維的高強高模纖維強力儀。

　　紙框法固定試樣，剪取適當長度的該碳纖維**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。用取樣盤來盛取試樣，為**測得結(jié)果的準確性，不能對碳纖維造成**損傷。采用****制作襯紙*麻煩，在**過程中我用電腦制圖找到一個簡單易行的方法。取0.1mm左右厚的打印紙做基片；按圖1尺寸用Word制圖，劃出一個尺寸合適的框，復制滿A4紙打印(圖1是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸時，裁切線的長度應增加一倍)；直尺放與裁切線吻合后用刀片沿裁切線將實線部分裁除，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”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，而且夾持試樣時要離開“焊點”)；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，也*難分辨是一根還是兩根，根據(jù)實驗中 曲線 對比進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，必要時可以用 放大鏡 配合取樣。

應用領域

　　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** 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、機動船、工業(yè)機器人、 汽車 板簧和驅(qū)動軸等。

碳纖維

1994年*2002年左右，隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學術(shù)**，使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸進入**和民用領域?，F(xiàn)在**已經(jīng)有使用長纖碳纖維制作**電網(wǎng) 電纜 的使用案例多處。同時，碳纖維發(fā)熱產(chǎn)品，碳纖維采暖產(chǎn)品，碳纖維遠紅外理療產(chǎn)品也*來*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 為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(COCOM)，對當時的 社會主義** 實行禁運封鎖政策，1994年3月，COCOM雖然已解散，但禁運封鎖的陰影仍籠罩在上空，**的碳纖維技術(shù)仍引不進來，**是***PAN基原絲技術(shù)，即使我國進入WTO，形勢也不會發(fā)生大的變化。因此，除了國人繼續(xù)自力***展碳纖維工業(yè)外，別無其它選擇。因此，**尤其是碳纖維生產(chǎn)技術(shù)**的日韓等國對 ** 的碳纖維材料及制品的**一直保持相當謹慎的態(tài)度，只有為數(shù)*少的****能夠與其建立合作關系，**其產(chǎn)品的**渠道。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

　　目前**碳纖維產(chǎn)量達到4萬噸/***，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的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及 德國 SGL西格里集團， 韓國 泰光產(chǎn)業(yè)，我國 臺灣* 的臺塑集團，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，在祖國大陸還沒有一個年產(chǎn)100t的**化碳纖維工廠，大多還處于中試放大階*。**一提的是我國臺灣*的臺塑集團，在80代年中期從美國Hitco公司**百噸級碳纖維生產(chǎn)線，經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速**，臺塑產(chǎn)量增加*快，但碳纖維**的提高幅度并不大。

國產(chǎn)**

　　我國對碳纖維的**開始于20世紀60**，80**開始**高強型碳纖維。**來進展緩慢，但也***一定成績。進入21世紀以來**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)，使我國碳纖維工業(yè)進入了產(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，目前，我國已有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**沒有原絲可燒，實際**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)達不到T300水平。

　　可喜的是，從2000年開始我國碳纖維向技術(shù)多元化**，放棄了原來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)國產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達到**同類產(chǎn)品水平。

碳纖維生產(chǎn)線

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

應用**

　　盡管我國碳纖維生產(chǎn)**緩慢，而消費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，占消費量的約80%～90%。我國碳纖維的需求量已*過3000噸/年，2010年將突破5000噸/年。主要應用領域為：成熟**有**航天及**領域(**、**、導彈、衛(wèi)星、雷達等)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 、賽艇等)；新興**有 增強塑料 、壓力容器、建筑加固、 風力發(fā)電 、摩擦材料、鉆井平臺等；待****有汽車、醫(yī)療器械、新能源等。

現(xiàn)況

　　我國碳纖維復合材料 的**開始于20世紀70**中期，經(jīng)過近40年的**，已***長足進展，在航天主導產(chǎn)品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛應用。**來，我國體育休閑用品及壓力容器等領域?qū)μ祭w維的需求迅速增長， **航天技術(shù) 的快速**急需***碳纖維及其復合材料等，**需求*加旺盛。

　　為了滿足****對碳纖維不斷增長的需求，應盡快實現(xiàn)我國碳纖維工業(yè)的國產(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；強化應用**和****，進一步擴大應用領域。碳纖維在我國大有**前途，但應總結(jié) 滌綸 等化纖**的**教訓，避免盲目**，實現(xiàn)健康**。

　　為了****的制造和**航天事業(yè)的**，我國還**盡快地實現(xiàn)高強中模型碳纖維的產(chǎn)業(yè)化。但是，因為***碳纖維是****航天等**技術(shù)必不可少的材料，**受到以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會的封鎖。雖然“ 巴統(tǒng) ”在1994年3月解散了，但禁運的陰影仍然存在。即使對我國解除了禁運，開始也只能是通用級碳纖維，而不會向我們出售***碳纖維技術(shù)和設備。因此，*****碳纖維**要靠我們自己。

　　我國 化學纖維 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**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，為我國碳纖維的**創(chuàng)造了條件，我們要抓住這一機遇，自力*生、努力**，**具有自己知識產(chǎn)權(quán)的碳纖維，以滿足不斷增長的**需求。**“863 計劃”以及有關部委都在關心我國碳纖維工業(yè)的**及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強有力的支持，許多材料專家也扎扎實實的做了許多工作。“十一五”期間，我國又啟動了相關“973計劃”。相信“十一五”將是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的**時代。