碳纤维

成分结构

　　碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似造石墨，是乱层石墨结构。

　　碳纤维是一种力学性能异的新材料，它的比重不到钢的1/4，树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢。材料的比强度，则构件自重小，比模量，则构件的刚度大，从这个意义上已预示了在工程的广阔应用前景。

　　综观多种新兴的复合材料（如分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料）的异性能，不少预料，类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

化学性质

　　碳纤维是含碳量于90的无机分子纤维。其中含碳量于99的称石墨纤维。的轴向强度和模量，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，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在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。因此，在使用前须进行表面处理。

的制备

　　可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和性能型。通用型强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。性能型又分为强型（强度2000MPa、模量250GPa）和模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为强型；模量大于450GPa的称为模型。随着航天和航空工业的，还出现了强伸型，其延伸率大于2。用量zui大的是聚丙烯腈PAN基。

　　目前应用较普遍的主要是聚丙烯腈和沥青。的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、化、氧化及脱氧等。

的强伸性能

　　由于原料、模量、强度和zui后的热处理温度不同，产生了特性不同的，前者硬而脆的常用于复合材料，软而柔顺的常用于纺织；后者多被用于工程用料。由于的应用来多兼之其特性，强力拉伸性能的紧迫性摆在了我们面前。强伸性能属于破坏性的，完毕试样没有可恢复性，又因为分离成为单纤维以后非常脆弱，因此在每次过程中，需要细心、耐心，前不要对试样造成损伤。一般需要得到的是CV值、平均值等。

　　的拉伸性能分单丝法和复丝法。分离成为单纤维以后非常脆弱，剪切强度，稍有不慎就会断裂，因此在每次过程中，需要细心、耐心，不要对试样造成损伤。单纤维强伸性能通常采用纸框法固定试样，当然也不排除其他方法。单纤维强伸性能要采用能的强模纤维强力仪。

　　纸框法固定试样，剪取适当长度的该样品,用钢针沿着纤维方向将其分离，使样品蓬松便于抽取。用取样盘来盛取试样，为测得结果的准确性，不能对造成损伤。采用外制作衬纸麻烦，在过程中我用电脑制图找到一个简单易行的方法。取0.1mm左右厚的打印纸做基片；按图1尺寸用Word制图，划出一个尺寸合适的框，复制满A4纸打印（图1是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸时，裁切线的长度应增加一倍）；直尺放与裁切线吻合后用刀片沿裁切线将实线部分裁除，然后两端贴上5mm宽的双面胶纸；抽取分离的单根样品，沿中心虚线放上，并用双面胶纸固定。也可以用融化后的松香，将单根 “焊接”在纸框上，其“焊点”起到固定单根的作用（：采用“焊接”方式没有双面胶纸固定方式好用，而且夹持试样时要离开“焊点”）；再用8～10mm宽的纸条，沿着裁切线宽度方向覆盖双面胶纸和样品端头，沿剪切线剪切，分离成固定在单个纸框上的待样。注意：的取样比较困难，尤其处理后的，细，也难分辨是一根还是两根，根据实验中曲线对比进行判断如果记录下的曲线斜率明显大于其他试样的有可能是两根纤维，必要时可以用放大镜配合取样。

应用域

　　可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。使用中除用作热保温材料外，一般不单独使用，多作为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。增强的复合材料可用作结构材料、电磁屏蔽除电材料、工韧带等身体代用材料以及用于制造外壳、机动船、工业机器、汽车板簧和驱动轴等。

1994年2002年左右，随着从短纤到长纤的学术，使用制作发热材料的和也逐渐进入军用和民用域。现在内已经有使用长纤制作电网电缆的使用案例多处。同时，发热，采暖，远红外理疗也来多的走入寻常百姓庭。

　　是军民两用新材料，属于密集型和政治敏感的材料。以前，以美为的巴黎统筹委员会（COCOM）， 对当时的社会主义实行禁运封锁政策，1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，的仍引不进来，是性能PAN基原丝，即使我进入WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了继续自力生工业外，别无其它选择。因此，外尤其是生产的日韩等对的材料及制品的一直保持相当谨慎的态度，只有为数少的能够与其建立合作关系，拥有其的渠道。

产业现状

　　目前产量达到4万吨/，全主要是东丽、东邦造丝和三菱造丝三公司以及美的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三公司，以及德SGL西格里集团，韩泰光产业，我中国台湾省的台塑集团，等少数单位掌握了生产的核心，并且有化大生产。

　　目前，在祖大陆还没有一个年产100t的化工厂，大多还处于中试放大阶。一提的是我中国台湾省的台塑集团，在80代年中期从美Hitco公司引进百吨级生产线，经消化、吸收和配套后得到迅速，台塑产量增加快，但质量的提幅度并不大。

产

　　我对的开始于20世纪60，80开始强型。来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来较快，安徽华皖公司引进了500吨/年原丝、200吨/年PAN基（只有东丽T300水平），使我工业进入了产业化。随后，一些厂相继加入生产行列。据不统计，目前，我已有12生产大小不一（5～800吨/年）的PAN基生产厂，合计生产能力为1310吨/年，规格为1K、3K、6K、12K。但由于一些没有原丝可烧，实际内的总产量不足40吨/年，而且产量不太稳定，大多数达不到T300水平。

　　可喜的是，从2000年开始我向多元化，放弃了原来的硝酸法原丝制造，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝获得。目前利用自主的少数产T300、T700已经达到同类水平。

生产线

随着来我对的需求量日益增长，已被列为化纤重点扶持的新，成为内新材料的热点。据不统计，目前拟建和在建的生产有11，合计生产能力为原丝7100吨/年、1560吨/年，其中在建为4，合计生产能力为原丝1100吨/年、470吨/年。

应用

　　尽管我生产缓慢，而消费量却一直在逐渐增加，需求旺盛。主要用途包括体育器材、一般工业和航空航天等，其中体育休闲用品的使用量zui大，占消费量的约80～90。我的需求量已过3000吨/年，2010年将突破5000吨/年。主要应用域为：成熟有航空航天及防域（、、导弹、卫星、雷达等）和体育休闲用品（尔夫球杆、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等）；新兴有增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等；待有汽车、医疗器械、新能源等。

现况

　　我复合材料的开始于20世纪70中期，经过近40年的，已取得了长足进展，在航天主导（弹、箭、星、船）上得到了广泛应用。来，我体育休闲用品及压力容器等域对的需求迅速增长，航空航天的快速急需性能及其复合材料等，需求加旺盛。

　　为了满足内对不断增长的需求，应尽快实现我工业的产化和化。为此，加快创新，掌握核心；加速原丝，纯度原丝；强化应用和，进一步扩大应用域。在我大有前途，但应总结涤纶等化纤的教训，避盲目，实现健康。

　　为了的制造和航空航天事业的，我还尽快地实现强中模型的产业化。但是，因为性能是航空航天等必少的材料，受到以美为的巴黎统筹委员会的封锁。虽然“巴统”在1994年3月解散了，但禁运的阴影仍然存在。即使对我解除了禁运，开始也只能是通用级，而不会向我们出售性能和设备。因此，性能要靠我们自己。

　　我化学纤维工业“十一·五”规划中提出了“从以增加数量为主转向大力新纤维”，是把事关产业安全的新纤维材料作为重中之重，而且被列为位，是迫切需要短期内突破的新纤维品种，为我的创造了条件，我们要抓住这一机遇，自力生、努力创新，具有自己知识产权的，以满足不断增长的需求。“863 计划”以及有关部委都在关心我工业的及其产业化步伐，并给予强有力的支持，许多材料专也扎扎实实的做了许多工作。“十一五”期间，我又启动了相关“973计划”。相信“十一五”将是我工业产业化的时代。