纺织术语——碳纤维

 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1／4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量爲23000～43000Mpa亦高于钢。含碳量高于90％的无机高分子纤维（见彩图），其中含碳量高于99％的称爲石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐药品性好，纤维的密度低，X射线透过性好。缺点是耐衝击性较差，容易损伤；在热强酸作用下发生氧化，与金属复合时，会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。爲此复合前须经表面处理，包括镀镍等。碳纤维

1.碳纤维-沿革

　　碳纤维最早由美国联合碳化物公司和美国空军材料实验室于1959年投产，原丝採用粘胶纤维。1962年，日本碳公司进行了通用级聚丙烯腈基碳纤维的生产。1971年，日本东丽公司的高性能聚丙烯腈基碳纤维投产。沥青基碳纤维是日本吴羽化学工业公司于1973年投产的。联合碳化物公司生产了高模量沥青基碳纤维，1985年，美国、日本及西欧的聚丙烯腈基碳纤维年生产能力共约有7.25kt，沥青基碳纤维爲1.28kt。

2.碳纤维-分类

　　碳纤维按原丝种类可分爲聚丙烯腈基、沥青基、粘胶基及酚醛基等，按力学性能则可分爲通用型（GP）与高性能型（HP）两类。通用型碳纤维强度 1000MPa、模量100GPa左右，高性能型碳纤维又可分爲高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量在 300GPa以上）。强度大于4000MPa者称爲超高强型；模量大于450GPa者称爲超高模型。随着航太和航空工业的发展，还出现了高强高伸型（强度大于 49000MPa、延伸度大于2％）新品种。80年代，用量最大是强度3～35000MPa、模量150～300GPa的聚丙烯腈基碳纤维，约佔碳纤维总量的80％、高性能碳纤维的99％，被称爲碳纤维的标准品。

3.碳纤维-生产方法

　　一原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要採用溼法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则採用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需採用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体爲衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相（苯可溶各向异性沥青）和潜在中间相（奎琳可溶各向异性沥青）等。作爲烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含硷金属离子。二预氧化（聚丙烯腈纤维200～300℃）、不熔化（沥青200～400℃）或热处理（粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。③碳化，其温度爲：聚丙烯腈纤维1000～1500℃，沥青1500～1700℃，粘胶纤维400～2000℃。四石墨化，聚丙烯腈纤维爲2500～3000℃，沥青2500～2800℃，粘胶纤维3000～3200℃。伍表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。⑥上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构

　　碳纤维纤维。长丝和纤维织物一般加工成预浸料。此外，还可不经碳化和石墨化生产聚丙烯腈预氧化丝和活性炭纤维。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，常加入树脂、金属、陶瓷和混凝土等，构成相应的复合材料，用于制作飞机结构材料、火箭外壳、宇宙机械、高尔夫球棒、球拍、机动船、电波遮罩除电材料、电视机天线、离心分离机的高速转子、工业机器人、汽车板簧及驱动轴、人工韧带等身体代用材料等。

　　碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作爲增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁遮罩除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

　　碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国爲首的巴黎统筹委员会（COCOM），对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策，1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍引不进来，特别是高性能PAN基原丝技术，即使我国进入WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其他选择。因此，国外尤其是碳纤维生产技术领先的日韩等国对中国的碳纤维材料及制品的出口一直保持相当谨慎的态度，只有爲数很少的中国企业能够与其建立合作关系，拥有其产品的进口渠道。

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