碳纤维及碳纤维复合材料

碳纤维就是纤维状的碳，它是一种比强度比钢大，比重比铝轻 的工程材料，它在力学，电学，热学等方面有许多特殊性能，在近代工业中.特别是在国防工业中起着十分重要的作用。

元素碳即使加热到3000℃以上也不会熔化，不可能把元素碳熔化成液体后再抽成丝。因此，碳纤维不是从煤，焦碳等原料制成的，而是由许多含碳量高的人造纤维或合成纤维在 特定的工艺条件下碳化而制得。

碳纤维(carbon fibre)最早是爱迪生于1879年用棉丝碳化 制成的，用来制做白炽灯泡的灯丝。50年代初，随着空间技术的发展，需要有优良性能的结构材料，许多工业发达国家开始重视碳纤维的研究工作，到60年代获得迅速的发展。 目前各国工业用的碳纤维原料主要有聚丙烯腈纤维和沥青纤维。 根据使用要求和热处理温度的不同，碳纤维分为耐燃纤维、碳纤维和石墨纤维。例如300～350℃热处理时得耐燃纤维;000 ～1500℃热处理时得碳纤维，含碳量为90～95%;碳纤维经2000℃以上高温处理可以制得石墨纤维，含碳量高达99%以上。

碳纤维属于无机纤维，主要特点是耐高温、质轻、有很高的抗拉强度和弹性模量，不单独使用，一般是加入到树脂、金属或陶瓷基体中制成复合材料，用于制造宇宙飞船、火箭、导弹、高速飞机及大型客机的外壳，此外， 这种复合材料还用于原子能、机电、化工、冶金、运输等 工业部门及体育运动器具。

一、碳纤维的种类及商品种类

碳纤维是一个总称，按热处理温度不同，可分为三类：

1、预氧化纤维：热处理温度200~400℃，

2、石墨纤维：热处理温度2500℃以上，

3、碳纤维：热处理温度800~1800℃。

预氧化纤维是一种中间产品，常用来织布，织带再进行碳化生产碳布，碳带。 大量生产的品种为800~1900℃的碳纤维， 石墨纤维的使用场合较少，常把它看成碳纤维的一个品种。

二、碳纤维商品种类：

1、短纤维：单根D=5~10微米，每股有1000~10000根单丝;

2、连续长纤维：D=5~10微米，每股有1000~10000根，长度100~1000米;

3、碳纤维带：由碳纤维丝编织而成;碳纤维按性能可以分为 高强度、高模量碳纤维、活性碳纤维和离子交换碳纤。大丝束碳纤维是指每束碳纤维的根数等于或大于 46000—48000根，即每束≥46K一48K的碳纤维。而 1000 根、3000根、6000根、12000根以及24000根即1K、3K、 6K、12K、24K的碳纤维则称为小丝束碳纤维。大丝束的生产对前驱体要求较低，产品成本低，非常适合一般民用工业领域。而小丝束的生产追求高性能化，代表世界碳纤维发展的先进水平。PAN基短碳纤维和碳绳PAN基碳纤维碳绳由碳纤维编绕而成，具有强度高重量轻，耐热性好，热膨胀 系数小等特点，是高温炉隔热材料的必备配料。还可用做导电电极等。

4、碳纤维布：分编织碳布和无纬布。编织布由原纤维织布再预氧化和碳化;无纬布生产是在专用的织机上对一排平铺的原 纤维每隔一段距离加入一根纬线(如涤纶丝)，然后进行连续 预氧化和碳化。无纬碳布碳化后一般马上浸以树脂，制成预浸胶无纬布使用。

5、碳纤维硬毡：由粘胶丝织成的毡，在惰性气体中经过受控制的碳化而制得。

碳纤维布

用PAN基碳纤维编织而成，分为发热体碳布和保温碳布，也作为碳/碳复合材料的增强材料。用于各种真空炉的发 热体，是一种性能优异的隔热保温材料。

碳纤维硬毡

采用PAN纤维为原料，针刺成毡, 经预氧化 、碳化等生产 过程而得，是新型高温隔热材料，广泛应用于各种真空电 阻炉、 感应炉 、烧结炉内，隔热效果优良。并可用于高温气体及熔融金属的过滤、 电解电极、 低温工程隔热等方面。