其轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维魔方优点
其轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
扩展资料
碳纤维
碳纤维（carbon fiber）是指含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维，其耐高温居所有化纤之首，被誉为“新材料之王”。
碳纤维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。
中文名称
碳纤维
外文名称
carbon fiber
别名
碳稻纤维
性质
一维结构碳材料
特点
有一定的活性
碳纤维材料碳纤维等级碳纤维工艺碳纤维用途碳纤维复合材料碳纤维预浸布碳纤维是什么材料碳纤维材料是什么石墨纤维碳纤维材料的优缺点
介绍
由碳元素组成的一种特种纤维。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，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。
简史
1879年爱迪生曾用纤维素纤维，如竹、亚麻或棉纱为原料，首先制得碳纤维并获得专利，但当时制得的纤维力学性能很低，工艺也不能工业化，未能获得发展。
20世纪50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技术的发展，迫切需要比强度、比模量高和耐高温的新型材料，另外，采用前驱纤维为原料经热处理的工艺可制得碳纤维连续长丝，这一工艺奠定了碳纤维工业化的基础。40多年来，碳纤维经历的重大技术进展如下:
20世纪50年代初，美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料，试制碳纤维成功，产品作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料，效果很好。1956年美国联合碳化物公司试制高模量黏胶基碳纤维成功，商品名"Thornel-25"投放市场，同时开发了应力石墨化的技术，提高碳纤维的强度与模量。
20世纪60年代初，日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取碳纤维的方法，并取得了专利。1963年日本碳公司及东海电极公司用进藤的专利开发聚丙烯腈基碳纤维。1965年日本碳公司工业化生产普通型聚丙烯腈基碳纤维成功。1964年英国皇家航空研究中心(RAE)通过在预氧化时加张力试制出高性能聚丙烯腈基碳纤维。由Courtaulds公司，Hercules公司和Rolls-Royce公司采用RAE的技术进行工业化生产。
1965年日本大谷杉郎首先制成了聚氯乙烯沥青基碳纤维，并发表了先驱性的沥青基碳纤维的研究报告。
1969年日本碳公司开发高性能聚丙烯腈基碳纤维获得成功。1970年日本东丽(Toray Textile Inc.)公司依靠先进的聚丙烯腈原丝技术，并与美国联合碳化物公司交换碳化技术，开发高性能聚丙烯腈基碳纤维。1971年东丽公司将高性能聚丙烯腈基碳纤维产品(Torayca)投放市场。随后产品的性能、品种、产量不断发展，至今仍处于世界领先地位。此后，日本东邦、旭化成、三菱人造丝及住友公司等相继投入聚丙烯腈基碳纤维的生产行列。(见聚丙烯腈基碳纤维)
1970年日本吴羽化学工业公司采用大谷杉郎的专利，首先建成年产120t普通型(GPCF)沥青基碳纤维的生产厂，1978年产量增到240t。该产品被用作水泥增强材料后，发现效果很好，1984年产量增至400t，1986年再次增加到900t。1976年美国联合碳化物公司生产高性能中间相沥青基碳纤维(HPCF)成功，年产量为113t，1982年增至230t，1985年增至311t。
1982年起，日本东丽、东邦、日本碳公司、美国Hercules、Celanese公司、英国Courtaulds公司等，先后生产出高强、超高强、高模量、超高模量、高强中模以及高强高模等类型高性能产品，碳纤维拉伸强度从3.5GPa提高到5.5GPa，小规模产品达7.0GPa。模量从230GPa提高到600GPa，这是碳纤维工艺技术的重大突破，使应用开发进入一个新的高水平阶段。
1981年起沥青科学取得重大进展，开发出几种调制中间相沥青的新工艺，如日本九州工业试验所的预中间相法，美国EXXON公司的新中间相法，日本群马大学开发的潜在中间相法，促进了高性能沥青基碳纤维的开发。随后日本三菱化成化学公司、大阪煤气公司、新日铁公司陆续建成一批不同规格的高性能碳纤维生产厂。其特点是模量增高的同时也增高强度。20世纪80年代是沥青基碳纤维的兴旺发展时期。
黏胶基碳纤维自20世纪60年代中期以后没有发展，仅生产少量产品供军工及特种部门使用。
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，国际理论与应用化学联合会(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。
