碳纤维到底是什么

发布网友发布时间：2024-05-12 15:11

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热心网友时间：2024-07-11 05:14

碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维是不是由碳抽成的纤维呢？回答是否定的。目前，人们的技术还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热碳化而成。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的碳化制得的。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，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。可以下这样结论：碳纤维由聚丙烯腈纤维、沥青纤维或粘胶维等经氧化、炭化等过程制得的含碳量为90%以上的纤维。

热心网友时间：2024-07-11 05:15

碳纤维是含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物
耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。
材料特性
碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
碳纤维直径只有5微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上。
制作工艺
现代碳纤维工业化的路线是前驱纤维炭化工艺法，所用3种原料纤维的组成、碳含量等见表。
制造碳纤维用的原纤维名称化学组分碳含量/%碳纤维收率/%黏胶纤维(C6H10O5)n4521~35聚丙烯腈纤维(C3H3N)n6840~55沥青纤维C，H9580~90
采用这3种原纤维制造炭纤维的流程都包括:稳定化处理(在200~400℃空气，或用耐燃试剂等化学处理)，碳化(400~1400℃，氮气)和石墨化(1800℃以上，氩气气氛下)。为了提高炭纤维与复合材料基质的粘接性能需进行表面处理、上浆、干燥等工序。
另一种制造碳纤维的方法是气相生长法。将甲烷与氢的混合气体在催化剂的存在下，于1000℃高温下反应，可制得不连续的短切碳纤维，最大长度可达50cm。其结构不同于聚丙烯腈基或沥青基碳纤维，易石墨化，力学性能良好，导电性高，易形成层间化合物。(见气相生长炭纤维)
分类及命名
现在碳纤维的主要产品有聚丙烯腈基，沥青基及黏胶基3大类，每一类产品又因原纤维种类、工艺及最终碳纤维性能等不同，又分成许多品种。"碳纤维"一词实际上是多种碳纤维的总称，因此分类及命名就十分重要。
20世纪70年代末期，国际理论与应用化*合会(IUPAC)曾对炭纤维的分类和命名作了规定。首先用PAN(聚丙烯腈)，MP(中间相沥青)及VS(黏胶)表示碳纤维的类别，再以小写英文字母表示热处理温度如lht(表示热处理温度，低于1400℃)，hht(热处理温度在2000℃以上)，然后再加上表示性能的符号(如HT表示高强、HM高模、SHT超高强、HTHS高强高应变、IM中模及UHM超高模等)。同时指出，聚丙烯腈基，黏胶基及普通型沥青基碳纤维均属难石墨化的聚合物炭，而中间相沥青基炭纤维及气相生长的碳纤维是易石墨化碳。
在第三次国际碳纤维会议上(1985年，伦敦)，曾建议按力学性能将碳纤维分成下列5级。
超高模量级(UHM):模量在395GPa以上;
高模量级(HM):模量在310~395GPa间;
中模量级(IM):模量在255~310GPa间;
超高强度级(UHT):强度在3.5GPa以上，
模量在255GPa以下;
高强度级(HT):强度达3.5GPa。
这两种分级法都有不足之处。现在高性能碳纤维产品分类由制造商自行标明:原纤维种类、单丝孔数、直径、排列方式(如平行、缠结、加捻等)，有无表面处理(及其种类)，有无上浆(及浆剂种类)等。一些重要的高性能商品名称及性能，可见聚丙烯腈基炭纤维和沥青基炭纤维。
发展展望
20世纪90年代初，高性能及超高性能炭纤维已问世，预料今后工作将致力于完善工艺、扩大生产、降低成本和开发应用。一些特种碳纤维，如抗氧化碳纤维(以提高复合材料的使用温度)、低纤度碳纤维(做0.035mm超薄型预浸带用)、高导热低电阻碳纤维(以满足屏蔽电磁、射频干扰用，并可散发多余的热能)、低热膨胀系数碳纤维(供卫星天线系统、反射镜等用)，中空碳纤维(用于飞机制造工业，提高复合材料的冲击韧性，核反应堆中的高温过滤介质，分离生物分子血清和血浆用的介质)和活性碳纤维，随着科学及工程的发展会有很大发展。气相生长碳纤维近期内在稳定工艺，连续化生产方面会有明显进展，工业化生产的日期预料不会太远。