知识点四 碳纤维
知识点四碳纤维资料
高性能CF
高强度CF （HS） 高模量CF （HM） 超高强CF （UHS） 超高模CF （UHM） 高强－高模CF 中强－中模CF 等
高分子材料专业 聚合物复合材料
知识点四 碳纤维
按碳纤维的 功能分类
受力结构用CF 耐焰用CF 导电用CF 润滑用CF 耐磨用CF 活性CF
高分子材料专业 聚合物复合材料
❖ 1970年日本昊羽化学公司实现沥青基碳纤维的工业规模生 产；
❖ 1980年以酚醛纤维为原丝的活性碳纤维投放市场。
高分子材料专业 聚合物复合材料
知识点四 碳纤维
❖ 1988年，世界碳纤维总生产能力为10054吨/年，其中聚丙 烯腈基碳纤维为7840吨，占总量的78％。日本是最大的 聚丙烯腈基碳纤维生产国，生产能力约3400吨/年，占总 量的43％。
高分子材料专业 聚合物复合材料
2、物理性能
碳纤维的物理性能
热
耐 热 性
膨 胀 系
热 导 率
比 热
导 电 性
密 度
润 滑 性
其 他
数
高分子材料专业 聚合物复合材料
知识点四 碳纤维
耐热性： 在不接触空气或氧化性气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，
在高于1500oC下强度才开始下降。 热膨胀系数：
CF的热膨胀系数具有各向异性的特点。 平行于纤维方向为负值 垂直于纤维方向为正值
采用碳纤维复合材料制造汽车
构件不仅可使汽车轻量化，还
可以使其具有多功能性。例如，
用碳纤维增强树脂基复合材料 制造的发动机挺杆，利用其阻
碳纤维汽车弹簧片
尼减振性能，可降低振动和噪
声，行驶有舒适感。
知识点四 碳纤维
3、土木建筑上的应用 比如，短切碳纤维增强水 泥基复合材料可以制造各 种幕墙板，实现建材的轻 量化，特别是沿海建筑显 示出优异的耐蚀性。利用 碳纤维的导电性能可用来 制造采暖地板。
碳纤维是什么材料
碳纤维是什么材料碳纤维是一种由碳元素纤维化制成的高强度材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐高温等优良特性。
它被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材、建筑材料等领域，成为现代工业中不可或缺的材料之一。
首先，碳纤维是由有机聚合物纤维经过高温碳化而成的。
其主要原料为聚丙烯、聚丙烯腈等有机合成纤维，经过特殊工艺处理后，形成具有高度结晶度和完整结构的碳纤维。
这种材料具有非常高的比表面积和优异的机械性能，可以承受较大的拉伸和压缩力，同时重量却非常轻，是传统金属材料的数倍甚至数十倍。
其次，碳纤维的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，碳纤维被广泛应用于飞机、导弹、卫星等航空器的结构材料中，因为其轻质高强的特性可以大幅减轻飞行器的自重，提高燃料利用率和飞行性能。
在汽车制造领域，碳纤维被用于制造汽车车身、底盘等部件，可以减轻汽车自重，提高燃油经济性和行驶稳定性。
在体育器材领域，碳纤维被用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车等，因为其高强度和轻质可以提高运动器材的性能。
在建筑材料领域，碳纤维被用于加固混凝土结构、制造建筑外墙板等，可以提高建筑材料的耐久性和安全性。
最后，随着科技的不断进步，碳纤维的应用前景将更加广阔。
随着碳纤维制造工艺的不断改进和成本的不断降低，碳纤维将会在更多领域得到应用，比如医疗器械、船舶制造、新能源领域等。
同时，碳纤维的再生利用和环保性能也将成为未来发展的重要方向，推动碳纤维材料行业的持续发展。
综上所述，碳纤维作为一种具有优异性能的材料，在现代工业中扮演着越来越重要的角色。
它的轻质、高强、耐腐蚀、耐高温等特性，使其在航空航天、汽车制造、体育器材、建筑材料等领域得到广泛应用，并且在未来有着更加广阔的发展前景。
碳纤维的发展将会推动相关产业的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
碳纤维名词解释
碳纤维名词解释碳纤维：是指由碳原子组成的纤维，是一种具有很高比强度、刚性和轻质的纤维材料。
它在汽车、航空航天、军事装备等领域有着广泛的应用。
碳纤维的特性：碳纤维具有很高的比强度，一般的钢材的比强度是1，而碳纤维的比强度可以达到5-6，所以它的强度比钢材高出五倍以上。
此外，碳纤维的刚性也非常的高，比如说材料的模量很高，可以几乎不受弯曲变形，因此，具有良好的机械性能。
最后，碳纤维最大的一个特点就是它的质量比钢材轻，其重量只有钢材的一半，所以在安全性和质量控制方面，碳纤维可以大大提高机械设备的性能。
碳纤维的应用：碳纤维的应用非常广泛，主要应用于汽车、航空航天、军事装备等各个领域。
因为碳纤维具有很好的比强度、刚性和轻质特性，因此，在汽车和航空航天领域里，碳纤维被广泛用于制造车身、歼击机和宇宙飞船等飞行器的外壳、机翼和尾翼等部件，以提高飞行器的速度和稳定性。
此外，碳纤维也在军事装备上得到了广泛的应用，比如说它可以用来制造轻便耐用的枪套，以及防弹衣、盾牌和军队的装备，以增强士兵的防护能力。
碳纤维的发展：随着科技的发展，碳纤维的发展也在不断地推动着科技的进步。
近年来，由于碳纤维的技术发展，碳纤维的性能和性能也在不断地提升，这使得碳纤维应用于更多的领域，比如核能反应堆内壁、民用航空装备、军火工业装备、船舶及油气平台结构件、低空飞行器结构、抗弹衣等等。
未来，随着科技进步，碳纤维在更多领域得到更多应用，并有望推动科技发展。
总结：碳纤维是一种具有很高比强度、刚性和轻质的纤维材料，它是由碳原子组成的，在汽车、航空航天、军事装备等领域有着广泛的应用。
它具有很高的比强度、刚性和轻质，可以大大提高机械设备的性能，在汽车和航空航天领域里，碳纤维被广泛用于制造车身、歼击机和宇宙飞船等飞行器的外壳、机翼和尾翼等部件，以及军事装备上的枪套、防弹衣等等。
在未来，随着科技的发展，碳纤维将在更多领域得到更多应用，并推动科技的发展。
材料力学碳纤维知识点总结
材料力学碳纤维知识点总结在材料力学领域，碳纤维是一种重要的高性能复合材料，具有轻量化、高强度、高模量、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
本文将对碳纤维的基本概念、制备方法以及力学性能等知识点进行总结。
一、碳纤维的定义和特点碳纤维是由碳元素组成的纤维状材料，其主要成分是纯净的碳。
碳纤维具有以下几个特点：1. 轻质高强：碳纤维的密度较小，重量轻，但强度却很高，抗拉强度是钢铁的几倍甚至几十倍。
2. 高模量：碳纤维具有较高的弹性模量，刚度优于其他材料，可以有效增强结构的刚度和稳定性。
3. 耐腐蚀：碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，可以抵抗大多数酸、碱和盐水的侵蚀。
4. 耐热性：碳纤维具有优良的耐高温性能，能够在高温环境下保持较好的机械性能。
二、碳纤维的制备方法碳纤维的制备主要有以下两种方法：1. 碳化纤维法：首先从有机纤维素纤维开始，通过热解和炭化过程将其转化为纯净的碳纤维。
这种方法制备的碳纤维具有较高的纯度和强度。
2. 聚丙烯腈纤维法：首先使用聚丙烯腈纤维作为原料，通过预处理、氧化、碱化和高温炭化等步骤制备碳纤维。
这种方法制备的碳纤维具有较高的强度和模量。
三、碳纤维的力学性能碳纤维具有优异的力学性能，主要包括以下几个方面：1. 强度：碳纤维的抗拉强度很高，通常在3000兆帕斯卡(MPa)以上，相当于钢铁强度的几倍。
2. 模量：碳纤维的弹性模量在200-600兆帕斯卡(MPa)之间，是钢铁的几倍甚至几十倍。
3. 韧性：碳纤维的韧性较好，能够承受较大的冲击负荷而不破裂。
4. 疲劳性能：碳纤维具有优秀的疲劳寿命和疲劳强度，适用于长期受力的结构。
5. 耐腐蚀性：碳纤维具有良好的抗腐蚀性能，不易被酸碱侵蚀。
四、碳纤维在工程中的应用碳纤维由于其优异的性能，在工程领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域：碳纤维被广泛应用于飞机和航天器的结构件和附件中，能够减轻重量、提高飞行性能。
碳纤维(Carbon Fiber)概况
碳纤维(Carbon Fiber)材料1、概况碳纤维是长而细的材料线，直径约0.005-0.010毫米，主要由碳原子组成。
碳原子在微观晶体中键合在一起，微观晶体或多或少地平行于纤维的长轴排列，从而使纤维的尺寸异常坚固。
碳纤维按纤维的拉伸模量分类。
英制的度量单位是每平方英寸横截面积的磅力，即psi。
被归类为“低模量”的碳纤维的拉伸模量低于3480万磅/平方英寸（2.4亿千帕）。
其他按拉伸模量升序排列的分类包括“标准模量”，“中模量”，“高模量”和“超高模量”。
超高模量碳纤维的拉伸模量为72.5 -145.0百万psi（5亿- 10亿kPa）。
相比之下，钢的拉伸模量约为2900万磅/平方英寸（2亿千帕）。
因此，最坚固的碳纤维比钢强十倍，比铝强八倍，更不用说比两种材料轻得多了，分别是五倍和1.5倍。
此外，它们的疲劳性能优于所有已知的金属结构，并且当与适当的树脂结合使用时，它们是可用的最耐腐蚀的材料之一。
三十年前，碳纤维是一种太空时代的材料，价格昂贵，无法用于除航空航天之外的任何其他领域。
然而，如今，碳纤维被用于风力涡轮机、汽车、体育用品以及许多其他应用中。
得益于像ZOLTEK这样的碳纤维制造商，他们致力于扩大容量，降低成本和发展新市场的商业化概念，碳纤维已成为一种可行的商业产品。
2、工业化生产步骤稳定，在纤维碳化之前，需要对其进行化学改性，以将其线性原子键转换为更热稳定的阶梯键。
这是通过将空气中的纤维加热到大约390-590°F（200-300°C）30-120分钟来完成的。
此步骤使纤维从空气中吸收氧分子并重新排列其原子键合模式，从而化学地改善稳定性。
碳化，纤维稳定后，将其在装满不含氧气的气体混合物的熔炉中加热至约1830-5500°F（1000-3000°C）的温度几分钟。
随着纤维被加热，非碳原子被排出，剩余的碳原子形成紧密结合的碳晶体，这些晶体或多或少地平行于纤维的长轴排列。
碳纤维名词解释
碳纤维名词解释碳纤维是一种不可替代的现代材料，由原料（碳原料）制成，在航空航天、汽车、运动器材、工业制品、医疗器械等领域有广泛应用，并拥有极高价值。
什么是碳纤维（Carbon Fiber）？碳纤维是一种非金属纤维，由含碳元素的合成材料（例如碳棒、碳粉末等）经过高温热处理、制造和改性等工艺，形成独特的结晶结构及立体网络结构，形成具有高强度及优异特性的复合材料点缀，是一种具有高承载能力的碳模板材料。
碳纤维具有优良的力学性能、抗拉强度、抗压强度、耐热性、耐腐蚀性以及较低的密度等特点，所以得到了广泛的应用，在航空航天、汽车、运动器材、工业制品、医疗器械等领域均有使用。
首先，碳纤维在航空航天领域的应用非常广泛，主要应用于飞机机身的结构件及引擎的部件，例如：碳纤维复合材料用于制作飞机机身外壳、机翼、机尾及发动机的部件；碳纤维增强树脂（CFRP）用于制作结构的复合材料，可以提高飞机机身和发动机的安全性，减少飞机的质量，降低燃油消耗，提高飞机的抗拉强度、抗压强度等性能；此外，碳纤维复合材料还可以用于制作飞机机身上的应急发电机、舱内安全设备，以及用于动力装置的冷却系统支架等。
其次，碳纤维在汽车领域的应用也很广泛，主要是用来制造汽车车身的结构件，例如：碳纤维复合材料用于制作汽车车身框架、汽车车身护板、车门、车顶及轮毂等；碳纤维增强树脂（CFRP）用于制作车身结构复合材料，可以提高汽车车身的抗拉强度、抗压强度等性能，以及减轻汽车重量，提高汽车的动力性能和油耗，使车辆更稳定、更舒适而又更省油；此外，碳纤维复合材料还可以用于汽车安全带、车窗及车内空间改善等。
最后，碳纤维还可用于制造运动器材、工业制品、医疗器械等。
碳纤维复合材料的优异特性吸引了国内外众多企业的合作，以应用碳纤维材料制造运动器材、工业制品、医疗器械等产品。
例如，碳纤维复合材料可用于制造自行车、滑雪板、高尔夫球杆、建筑铝材、家具及医疗器械等，其优良的力学性能、抗拉强度、抗压强度、耐热性、耐腐蚀性以及较低的密度可满足众多应用需求。
碳纤维名词解释
碳纤维名词解释碳纤维，又称碳纤维复合材料，是一种轻质复合材料，它由碳纤维、聚合物和无定形填充物组成，使用电子显微镜（SEM）分析可以看到材料中各种形状的碳纤维。
碳纤维复合材料具有非常高的强度、弹性和刚度。
由于它的超高性能，它被广泛应用于航空、航天、交通运输、医疗等领域。
碳纤维由炭素（carbon）构成。
这些碳原子经过聚合，形成了微细长丝状的碳纤维。
碳纤维细丝由碳原子构成，纤维的形状和大小取决于碳原子的排列。
碳纤维的物理性能主要取决于它的纤维结构，具体包括纤维的直径、拉伸强度、横向强度、抗弯刚度和弹性模量等。
碳纤维具有极高的拉伸强度、抗弯刚度和弹性模量，但其弯曲强度很低，有时甚至可以忽略。
碳纤维的优势在于可以制造出能够抵抗拉伸、抗拉、抗弯等应力的复合材料。
碳纤维复合材料可以用于制造航空器、汽车零部件、舰船体结构、塑料结构模具、体育器材、桥梁支架等。
碳纤维可以用作以下材料的复合成形，可以借助熔浆通过注入法制备表面层次细节非常丰富的碳纤维增强复合材料：1、金属陶瓷增强复合材料：金属陶瓷复合材料是将金属和陶瓷用碳纤维复合在一起，使用碳纤维作为强化材料，以提高材料的强度和韧性。
2、聚合物-碳纤维复合材料：碳纤维增强复合材料，也称聚酰胺酯碳纤维增强复合材料，是将聚酰胺酯混合物和碳纤维复合在一起，可以提高复合材料的强度、刚度和弹性模量。
3、纤维织物增强复合材料：纤维织物增强复合材料是在织物基体上层层增强的复合材料，主要是在织物基体中添加碳纤维和聚合物，以提高复合材料的强度、刚度和弹性模量。
碳纤维复合材料具有非常高的轻质和强度、刚度和抗拉性，使其在航空、航天、交通运输、医疗等领域受到了广泛的应用。
碳纤维复合材料可以用在航空器零部件制造中，用于制造更轻、更强、更持久的航空器零件。
此外，碳纤维复合材料也可以用于其他行业，如汽车零部件制造、舰船体结构、织物复合体制造等。
碳纤维复合材料的优势在于它的超高性能，拥有强力、刚度和弹性模量，并且可以制造出能够抵抗拉伸、抗拉、抗弯等应力的复合材料。
碳纤维科普文章
碳纤维科普文章1. 什么是碳纤维？碳纤维是一种由碳元素构成的纤维材料。
它具有轻质、高强度、高模量等优异的物理性质，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
碳纤维的制备过程主要包括原料处理、纤维拉伸、热处理等步骤。
2. 碳纤维的制备过程2.1 原料处理碳纤维的原料主要是聚丙烯腈纤维（PAN）。
在制备碳纤维之前，需要对PAN纤维进行预处理。
预处理包括纤维的拉伸、氧化等步骤，以提高纤维的质量和稳定性。
2.2 纤维拉伸经过预处理的纤维被拉伸成细长的丝状物，称为前驱体。
拉伸过程中，纤维的分子结构会发生改变，使其具备了制备碳纤维的潜力。
2.3 热处理前驱体经过热处理，即高温炭化，使其转变为纯碳纤维。
热处理过程中，纤维中的杂质会被去除，同时纤维的结晶度和石墨化程度会增加，从而提高碳纤维的力学性能。
3. 碳纤维的优点3.1 轻质碳纤维的密度很低，通常只有钢材的1/4左右。
这使得碳纤维制成的产品具有轻质的特点，可以减轻整体重量，提高运动性能。
3.2 高强度碳纤维的强度是钢材的2倍以上。
这使得碳纤维制成的产品具有更高的抗拉强度和抗压强度，能够承受更大的力量。
3.3 高模量碳纤维的模量是钢材的5倍以上。
模量是材料的刚度指标，表示材料对外力的抵抗能力。
碳纤维的高模量使得制成的产品更加坚硬和稳定。
3.4 耐腐蚀碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，能够抵御酸、碱等腐蚀介质的侵蚀。
这使得碳纤维在特殊环境下具有更广泛的应用前景。
4. 碳纤维的应用领域4.1 航空航天领域碳纤维在航空航天领域有着重要的应用。
它可以用于制造飞机的机身、翼面、尾翼等部件，能够减轻飞机的重量，提高燃油效率和飞行性能。
4.2 汽车领域碳纤维在汽车领域的应用越来越广泛。
它可以用于制造汽车的车身、底盘等部件，减轻车辆的重量，提高操控性能和燃油经济性。
4.3 体育器材领域碳纤维在体育器材领域也得到了广泛应用。
例如，高尔夫球杆、网球拍、自行车等都可以采用碳纤维材料制造，提高产品的性能和使用寿命。
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知识点四 4.3.2 碳纤维的性能
碳纤维
1、力学性能
研究表明，影响碳纤维弹性模量的直接因素是晶粒的取 向度，而热处理条件的张力是影响这种取向的主要因素。取 向度越高，纤维的弹性模量越大。 碳纤维的力学性能除取决于纤维的结构外，与纤维的直
径 等 有 关 。 一 般 作 为 结 构 材 料 用 的 碳 纤 维 直 径 为 6μ m ～
产；
1980年以酚醛纤维为原丝的活性碳纤维投放市场。
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知识点四
碳纤维
1988年，世界碳纤维总生产能力为10054吨/年，其中聚丙 烯腈基碳纤维为 7840 吨，占总量的 78 ％。日本是最大的 聚丙烯腈基碳纤维生产国，生产能力约 3400 吨 / 年，占总
量的43％。
按碳纤维 性能分类
高性能CF
高强度CF （HS）
高模量CF （HM）
超高强CF （UHS） 超高模CF （UHM）
高强－高模CF
中强－中模CF 等
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碳纤维
受力结构用CF 耐焰用CF
按碳纤维的 功能分类
导电用CF 润滑用CF
耐磨用CF
活性CF
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采用碳纤维复合材料制造汽车
构件不仅可使汽车轻量化，还 可以使其具有多功能性。例如， 用碳纤维增强树脂基复合材料 制造的发动机挺杆，利用其阻 尼减振性能，可降低振动和噪 声，行驶有舒适感。
碳纤维汽车弹簧片
知识点四
3、土木建筑上的应用
碳纤维
比如，短切碳纤维增强水
泥基复合材料可以制造各 种幕墙板，实现建材的轻 量化，特别是沿海建筑显 示出优异的耐蚀性。利用 碳纤维的导电性能可用来 制造采暖地板。
稳定；另外，碳纤维对碱也稳定。
碳纤维制品具有非常优良的X射线透过性，阻止中子透过
性，还可赋予塑料以导电性和导热性。
以碳纤维为增强剂的复合材料具有比钢强、比铝轻的特性， 是一种目前最受重视的高性能材料之一。它在航空航天、 军事、工业、体育器材等许多方面有着广泛的用途。
高分子材料专业 聚合物复合材料
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知识点四
碳纤维
4.3 碳纤维的制备与性能
4.3.1 制备
碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维
为原料，采用间接方法来制造。
碳元素的各种同素异形体 ( 金刚石、石墨、非晶态的各种 过渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高 温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中 ( 常 压下 ) ，元素碳在高温下不会熔融，但在 3800K 以上的高 温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。
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碳纤维制高级网球拍 全碳纤维自行车
碳纤维制高尔夫球杆
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碳纤维制赛艇及吉他
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碳纤维
4.4.2 碳纤维的发展及未来
1、发展高性能、廉价碳纤维 2、大力研究和发展热导率高的碳纤维及其复合材料 3、研究开发不同热膨胀系数的碳纤维
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知识点四
耐热性：
碳纤维
在不接触空气或氧化性气氛时，碳纤维具有突出的耐热性， 在高于1500oC下强度才开始下降。
热膨胀系数：
CF的热膨胀系数具有各向异性的特点。 平行于纤维方向为负值 垂直于纤维方向为正值
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知识点四
热导率： 热导率具有方向性
碳纤维
平行于纤维方向： 16.74 W/(m· K) 垂直于纤维方向： 0.837 W/(m· K)
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知识点四
碳纤维
3、化学性能
另外，碳纤维还有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也 不脆化。 它还有耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子 等特性。
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碳纤维
CF雷达天线罩
4.4 碳纤维的应用及发展前景
4.4.1 碳纤维及其复合材料的应用
知识点三
碳纤维
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知识点四
碳纤维
主要内容
4.1 碳纤维概述 4.2 碳纤维的特点和分类 4.3 碳纤维的制备与性能 4.4 碳纤维的应用和发展前景
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知识点四
碳纤维
4.1 碳纤维概 述
4.1.1 碳纤维的定义
碳纤维是由90%以上的碳元素组成的一种高性能增强纤 维。是有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，是 一种非金属材料。
两次技术飞跃： 第一次：1964年以后，英美开发出热牵伸法，使聚丙烯腈
碳化纤维性能突破性提高。
第二次：日本东丽公司发明聚合催化环化原纤维，改变传 统工艺，周期短、产量高。
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知识点四
碳纤维
4.2 碳纤维的特点和分类
4.2.1 特点
碳纤维具有重量轻、比强度大、模量高、耐热性高； 化学稳定性好，除硝酸等少数强酸外，几乎对所有药品均
知识点四
碳纤维
碳纤维：碳化温度1200～1500oC，碳含量95％ 以上。 石墨纤维：石墨化温度2000oC以上，碳含量99
按制造条件 和方法分类
％以上。
活性碳纤维：气体活化法，CF在600～1200oC， 用水蒸汽、CO2、空气等活化。
气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有机物 在高温下沉积成纤维－晶须或短 纤维。
平均分子量在200以上，化学组成及结构千变万化，它们是结 构变化范围极宽的有机化合物的混合物。
优点：沥青资源丰富，成本可降低。在民用方面有很大潜力。
1965年日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维，并获 得成功。从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，它成为目前碳 纤维生产仅次于PAN的第二大原料。
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4、医疗器械和医用器材上的应用
碳纤维
碳纤维与生物具有良好的组织相容性继而血液相容性，可作
为生体植入材料。同时发现，碳纤维具有诱发组织再生功能， 促进新生组织的再生并在植入碳纤维周围形成。在医用器材 方面，可应用于外伤包扎带、医疗加热毯、灭菌除臭褥等。 5、体育娱乐器材上的应用 世界碳纤维总量的三分之一是用来制造体育娱乐器材。高档 的羽毛球拍、网球拍、钓鱼竿、高尔夫球棒和赛车等几乎都 是用碳纤维复合材料制备的。
碳纤维结构近乎石墨结构，比金刚石结构规整性稍差。
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知识点四 4.1.2 碳纤维的发展
碳纤维
碳纤维的开发历史可追溯到19世纪末期，美国科学家爱迪生 发明的白炽灯灯丝，而真正作为有使用价值并规模生产的碳 纤维，则出现在二十世纪50年代末期。 1959年美国联合碳化公司以粘胶纤维 (Viscose firber)为原
CF制造过程中最主要环节：
原丝制备；
原丝预氧化；
预氧化丝碳化或进一步石墨化
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基本工艺流程
丙烯腈 共聚单体 引发剂 纺丝 湿纺 干湿纺
聚合
PAN
PAN 纤维
预氧化 空气介质 200-300oC 数十至数百分钟
OF
碳化 惰性气氛 1200-1500 oC 数分至数十分钟
碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。
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一般以有机纤维为原料制造CF的过程：
有机纤维
原丝 原丝的选择条件：
强度高，杂质少，纤度均匀，细旦化等。
预氧化处理
高温碳化
基本条件：
加热时不熔融，可牵伸，且CF产率高。
常用的CF原丝：
聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、沥青纤维
缺点：
粘胶中含有大量的H、O原子，所以碳化理论收率仅 55%，实际收率约20～30%； 粘胶基CF强度较低，性能平衡性差，弹性系数较大。
优点：
瞬间耐烧蚀性能好，可用作火箭的内衬材料。
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以PAN（聚丙烯腈）为原料制造碳纤维
目前生产的高强、高模CF主要是用PAN纤维为原料 来制造的。
丝制成商品名为“Hyfil Thornel”的纤维素基碳纤维。
1962年日本炭素公司实现低模量聚丙烯脂基碳纤维(PANCF) 的工业化生产;
1963年英国航空材料研究所开发出高模量聚丙烯脂基碳纤维；
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知识点四
碳纤维
1965年日本群马大学试制成功以沥青或木质素为原料的通 用型碳纤维； 1968年美国金刚砂公司研制出商品名为“Kynol”的酚醛 纤维; 1970年日本昊羽化学公司实现沥青基碳纤维的工业规模生
CF
石墨化 惰性气氛 2000-3000 oC 数秒至数十秒
GrF CF 系列产品 深加工 表面处理
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以沥青为原料制造碳纤维
沥青：
除天然沥青外，一般将有机化合物在隔绝空气或在情性 气体中热处理，在释放出氢、烃类和碳的氧化物的同时，残 留的多环芳烃的黑色稠状物质称为沥青。其含碳量大于 70 ％，
温度升高，热导率下降。
密度： 在1.5~2.0g/cm3之间
密度与原丝结构、碳化温度有关。
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3、化学性能
碳纤维的化学性能与碳很相似。它除能被强氧化剂氧化
外，对一般酸碱是惰性的。
在空气中，当温度高于400 ℃时，则会出现明显的氧化， 生成CO和CO2。 在不接触空气或氧化气氛时，碳纤维具有突出的耐热性。 当碳纤维在高于1500 ℃时，强度才开始下降；而其它类 型材料包括A12O3晶须在内，在此温度下，其性能已大大 下降。