[拼音]：tanxianwei
[外文]：carbon fibre
含碳量在90％以上的高强度高模量纤维。含碳量在99％以上的称为石墨纤维。碳纤维具有元素碳的各种优良性能，如比重小、耐热性极好、热膨胀系数小、导热系数大、耐腐蚀性和导电性良好等。同时，它又具有纤维般的柔曲性，可进行编织加工和缠绕成型。碳纤维最优良的性能是比强度和比模量超过一般的增强纤维，它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高 3倍左右。碳纤维复合材料应用在宇宙飞船、导d和飞机上，可以显著减轻重量，提高有效载荷，改善性能，是航天工业的重要结构材料。由於成本降低，碳纤维已逐步扩大用在民用工业，如汽车工业和运动器材等方面。1981年世界碳纤维产量约为1500吨，日本的产量占一半以上。
目前各国工业用的碳纤维原料有聚丙烯腈纤维、粘胶丝和沥青纤维三种。聚丙烯腈基碳纤维性能好，炭化得率较高(50～60％)，因此以聚丙烯腈制造的碳纤维约占总碳纤维产量的95％。以粘胶丝为原料制碳纤维炭化得率只有20～30％，这种碳纤维碱金属含量低，特别适宜作烧蚀材料。以沥青纤维为原料时，炭化得率高达80～90％，成本最低，是正在发展的品种。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；1000～1500℃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。
最早的碳纤维是1880年由爱迪生研制成功的，用作电灯丝。后直到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。
碳纤维是将原料纤维在一定的张力、温度下,经过一定时间的预氧化、炭化和石墨化处理等过程制成的。以聚丙烯腈纤维为原料的碳纤维，在预氧化过程中，聚丙烯腈原丝中含氧化合物是炭化初期分子间交链反应的主因，氧是环化反应的催化剂，加热形成热稳定性的梯形结构。炭化和石墨化都是在氮气中进行的，炭化反应是使非碳元素借分子间交链反应挥发出来。在热处理过程中，大量气体挥发后形成更多的石墨层状结构，强度增大，模量增加，导电性也提高。纤维先由白色变为黄色，继而呈棕黄色，最后变为黑色。碳纤维中石墨层状结构如图1 所示。为了改进复合材料中碳纤维和树脂的粘结，须进行表面处理，即在缓和条件下进行氧化或晶须化。
碳纤维中碳原子呈层状结构，它的制造过程就是从有机聚合物制成层状结构聚合物的过程。图2 中a是以纤维素纤维为原料,随着纤维素大分子的分解，大分子之间生成许多桥键，初步形成环状结构；b是以聚丙烯腈纤维为原料，首先大分子本身环化,经过梯形结构再缩合成层状结构；c是以沥青为原料时,利用沥青的多环芳香结构，先结合成高分子物，再生成层状结构聚合物的过程。
碳纤维丝束中单丝根数有1000、3000、6000、10000和10000以上的,现正向多孔无拈丝束方向发展。碳纤维的理论强度为2000公斤/毫米2,目前聚丙烯腈基碳纤维产品已达到350公斤/毫米2,最高可达500公斤/毫米2。低性能沥青基碳纤维已达到 170公斤/毫米2。近年又发展了所谓中间相沥青碳纤维，制造出高性能碳纤维。低性能沥青基碳纤维可代替石棉增强水泥。
参考文章
- 碳纤维材料工程应用案例及净化效果废水治理生物相容性碳纤维污水净化技术与装备废水治理碳纤维材料核心技术废水治理碳纤维材料及相关技术和工程应用废水治理碳纤维材料及其性能废水治理生物相容性碳纤维污水处理关键技术及其装备废水治理
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