碳纤维的性能、应用及相关实用标准
碳纤维的特性及应用
碳纤维的特性及应用碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点，归纳如下：一、轻质、高强度、高模量碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在2.2Gpa以上。
因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。
由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。
二、热膨胀系数小绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃时为零，在小于1000℃时为1.5×10-6/K。
由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具。
三、导热性好通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。
利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。
四、耐化学腐蚀性好从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。
它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。
我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广。
五、耐磨性好碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
六、耐高温性能好碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时仍无太大变化。
复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。
因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。
七、突出的阻尼与优良的透声纳利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等。
八、高X射线透射率发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。
九、疲劳强度高碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。
碳纤维的性能、应用及相关标准
聚丙烯腈基(PAN) 碳纤维的性能、应用及相关标准2010 年6 月15 日10:42 中国纤检摘要:聚丙烯腈基碳纤维就是一种力学性能优异的新材料, 在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。
本文简要介绍了国内外PAN 基碳纤维的发展历程与现状,PAN基碳纤维的制备、结构及性能及碳纤维的应用领域,详细介绍了PAN 基碳纤维相关标准及检测,并对未来发展进行了展望。
关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准碳纤维就是一种力学性能优异的新材料, 它不仅具有碳材料的固有特性, 又兼备纺织纤维的柔软可加工性, 就是新一代增强纤维。
它的比重不到钢的1/4, 碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，就是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000Mpa~43000Mpa亦高于钢。
材料的比强度愈高, 则构件自重愈小, 比模量愈高, 则构件的刚度愈大, 从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。
碳纤维就是一种以聚丙烯腈(PAN) 、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，就是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械与土木建筑等民用领域也有着广泛应用。
PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好,因而发展很快,产量占到90%以上，成为最主要的品种。
1国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状1、1国外发展现状1959年，媒体报道的日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利，由于该工艺简单，产品力学性能优良，因此发展较快，开创了碳纤维的新时代。
世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产，现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维与以日本为代表的小丝束两大类。
日本与美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%[1]。
日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司（东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi）依靠其先进纺丝科学技术，形成高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还就是数量上均处于世界前三位，占据了世界78%左右的产量。
碳纤维性能的优缺点及其对策
碳纤维性能的优缺点及其对策现面以结构加固用的碳纤维布为例说明碳纤维的性能：碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。
具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。
厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。
1、碳纤维介绍碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。
碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。
2、环氧树脂不同类型的树脂还可以保证其对砼具有良好的渗透作用，例如底涂树脂；以及对碳纤维片与砼结构的粘接作用，例如环氧粘结树脂等。
（1）环氧树脂简介仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。
因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。
环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。
例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于"透"过碳纤维片，有很强的粘结力。
依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。
2、碳纤维材料与其他加固材料对比（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。
（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。
（3）疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。
金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。
由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
（4）重量：约为钢材的五分之一。
（5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。
混凝土中碳纤维掺量的标准
混凝土中碳纤维掺量的标准混凝土中碳纤维掺量的标准一、前言碳纤维是一种重要的纤维增强材料，具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、耐磨损等优异性能，被广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、建筑等领域。
在混凝土中添加适量的碳纤维，可以显著提高混凝土的抗裂、抗弯、抗冲击、抗疲劳等性能，改善混凝土的力学性能和耐久性，提高混凝土结构的安全性和可靠性。
因此，制定混凝土中碳纤维掺量的标准，对于推广碳纤维在混凝土中的应用具有重要的意义。
二、混凝土中碳纤维掺量的标准1. 碳纤维的类型和性能混凝土中添加的碳纤维应为高强度、高模量、低膨胀、耐碱性、耐热性、耐腐蚀性好的短切碳纤维。
碳纤维的直径一般为7-10μm，长度为6-25mm，拉伸强度为3000-7000MPa，弹性模量为200-400GPa，线膨胀系数为0.2×10-6/℃，碳纤维应符合GB/T 3003-2013《炭纤维》标准。
2. 混凝土的强度等级和掺量混凝土的强度等级应不低于C30，掺量一般为混凝土体积的0.1%-0.5%，具体掺量应根据混凝土的强度等级、设计要求、施工条件等因素综合考虑确定。
3. 混凝土的配合比和施工工艺混凝土的配合比应根据混凝土的强度等级和掺量确定，应保证碳纤维的分散均匀和混凝土的均质性。
施工应注意掺量的准确性和碳纤维与水泥、砂、骨料的充分混合。
4. 混凝土的性能要求混凝土中添加碳纤维后，应满足以下性能要求：(1) 抗拉强度：混凝土的抗拉强度应不低于掺碳纤维前的60%。
(2) 抗裂性能：混凝土的抗裂性能应明显提高，裂缝宽度应小于掺碳纤维前的一半。
(3) 抗弯强度：混凝土的抗弯强度应明显提高，抗弯断裂韧性应大于掺碳纤维前的50%。
(4) 抗冲击性：混凝土的抗冲击性应明显提高，抗冲击能力应大于掺碳纤维前的50%。
(5) 耐久性：混凝土的耐久性应满足设计要求，碳纤维不应影响混凝土的耐久性。
5. 混凝土中碳纤维的质量检验混凝土中碳纤维的质量检验应按照GB/T 3003-2013《炭纤维》标准进行，主要包括外观检查、拉伸强度、弹性模量、线膨胀系数、热重分析等指标的测试。
混凝土中添加碳纤维的效果及应用
混凝土中添加碳纤维的效果及应用一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其优点包括强度高、耐久性好、施工方便等。
但是，混凝土也存在一些缺点，比如容易出现裂缝和变形等问题。
为了解决这些问题，人们开始尝试在混凝土中添加一些新的材料，其中碳纤维就是一种比较常见的添加剂。
本文将详细探讨混凝土中添加碳纤维的效果及应用。
二、碳纤维的基本知识碳纤维是一种由纯碳制成的纤维材料，具有轻质、高强度、高模量、高耐热等特点。
在混凝土中添加碳纤维可以改善混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能。
三、混凝土中添加碳纤维的效果1. 提高强度混凝土中添加碳纤维可以显著提高其强度。
一方面，碳纤维的强度很高，可以增加混凝土的韧性和抗拉强度；另一方面，碳纤维的表面积很大，可以增加混凝土的粘结能力，提高其抗剪强度。
2. 改善耐久性混凝土中添加碳纤维可以改善其耐久性。
由于碳纤维具有耐腐蚀、耐热、耐疲劳等特性，可以增加混凝土的抗冻融性、耐久性和耐久性。
3. 提高抗裂性能混凝土中添加碳纤维可以显著提高其抗裂性能。
由于碳纤维的伸长性很高，可以吸收混凝土的收缩应力，从而减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。
4. 提高施工效率混凝土中添加碳纤维可以提高施工效率。
由于碳纤维可以增加混凝土的流动性，使得混凝土更易于施工和浇筑。
四、混凝土中添加碳纤维的应用1. 桥梁建设在桥梁建设中，混凝土中添加碳纤维可以增加桥梁的承载能力和耐久性，同时还可以减少桥梁的裂缝数量和裂缝宽度。
这对于桥梁的安全性和使用寿命都有很大的帮助。
2. 隧道建设在隧道建设中，混凝土中添加碳纤维可以增加隧道的抗震性能和耐久性，同时还可以减少隧道的裂缝数量和裂缝宽度。
这对于隧道的安全性和使用寿命都有很大的帮助。
3. 大型建筑在大型建筑中，混凝土中添加碳纤维可以提高建筑物的承载能力和耐久性，同时还可以减少建筑物的裂缝数量和裂缝宽度。
这对于建筑物的安全性和使用寿命都有很大的帮助。
4. 其他领域除了上述应用领域外，混凝土中添加碳纤维还可以在地下管线、水利工程、电力设施等领域得到应用。
碳纤维复合材料的力学性能与应用分析
碳纤维复合材料的力学性能与应用分析第一章：引言碳纤维复合材料是一种具有优异力学性能的高强度材料。
它由碳纤维和树脂基体组成，具有密度低、刚度高、强度高、耐疲劳性好等优点。
因此，碳纤维复合材料在航空、航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用前景。
本文将对碳纤维复合材料的力学性能及其应用进行分析和探讨，以期帮助人们更好地了解该材料。
第二章：碳纤维复合材料的力学性能2.1 碳纤维的力学性能碳纤维是碳纤维复合材料的主要组成部分，它具有很高的强度和刚度，也叫做纤维增强材料。
碳纤维的强度取决于其直径和生长方向，通常其直径小于10微米。
随着直径的减小，碳纤维的强度和刚度会增加。
碳纤维还具有很好的耐疲劳性能和耐腐蚀性能。
2.2 树脂基体的力学性能树脂基体是碳纤维复合材料的另一部分，它可以密封和固定碳纤维，还可以起到传递均匀载荷的作用。
树脂基体通常是环氧树脂或聚酰亚胺树脂。
环氧树脂具有优良的成型性能和加工性能，而聚酰亚胺树脂具有很好的耐高温性能和耐热冲击性能。
2.3 碳纤维复合材料的力学性能碳纤维复合材料的力学性能取决于碳纤维和树脂基体的性质和结构。
它的强度和刚度随纤维体积分数和方向变化而变化，而断裂韧性则取决于树脂基体的性质和结构。
碳纤维复合材料的强度和刚度往往比金属材料高，但断裂韧性较差。
第三章：碳纤维复合材料的应用3.1 航空领域碳纤维复合材料在航空领域的应用非常广泛。
它们常用于制造飞机机身、翼面和垂直尾翼等部件。
与传统金属材料相比，碳纤维复合材料具有重量轻、寿命长、耐疲劳性强等优点。
同时，碳纤维复合材料也可以降低飞机的燃油消耗和环境污染。
3.2 汽车领域汽车制造商也开始广泛地采用碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料的轻量化特性可以降低汽车的油耗和排放量，同时还可以提高汽车的性能和安全性。
如日本的丰田公司在其旗下的超级跑车“雷克萨斯LFA”中采用了大量碳纤维复合材料。
3.3 船舶领域碳纤维复合材料在船舶领域的应用也在不断增加。
碳纤维复合材料的性能及应用
碳纤维复合材料的性能及应用首先，碳纤维复合材料具有高强度和轻质的特点。
碳纤维本身具有很高的强度和刚度，其强度可以达到钢的10倍以上，而密度却只有钢的四分之一左右。
这使得碳纤维复合材料具有优秀的比强度和比刚度，能够在保证结构强度的同时减轻整体重量，适用于要求轻质高强度的领域，如航空、航天和汽车等。
其次，碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。
由于碳纤维本身不易受化学物质侵蚀，所以碳纤维复合材料能够在恶劣环境下长时间使用，不易腐蚀变形。
此外，碳纤维具有良好的摩擦性能，能够承受较大的摩擦力，同时又不会产生摩擦磨损，因此适用于制造高速运动部件和耐磨材料。
另外，碳纤维复合材料还具有优异的导电性和导热性。
由于碳纤维本身是导电材料，因此碳纤维复合材料能够有效地导电，广泛应用于电子、航空航天等领域。
此外，碳纤维还具有良好的导热性能，能够迅速传热，因此适用于制造导热材料和散热结构。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的耐高温性和隔热性。
由于碳纤维的熔点较高，所以碳纤维复合材料能够在高温环境下保持较好的性能，适用于高温工艺和高温设备。
此外，由于碳纤维的导热性较低，所以碳纤维复合材料还具有良好的隔热性能，能够隔绝热量的传导，使其广泛应用于隔热材料和保温材料领域。
总的来说，碳纤维复合材料由于其优异的性能，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑、电子等领域。
例如，飞机机身、航天器、汽车车身和部件、高尔夫球杆、网球拍、自行车框架等都可以采用碳纤维复合材料制造，以提高其强度、刚度和耐用性。
另外，在建筑领域，碳纤维复合材料还可以用于制造楼板、隔墙和构件等，以减轻建筑物自重和提高抗震性能。
此外，在电子领域，碳纤维复合材料还可以用于制造导热板、散热片和EMI屏蔽材料等，以提高电子产品的散热性能和抗干扰能力。
总之，碳纤维复合材料具有高强度、轻质、耐腐蚀、耐磨、导电、导热、耐高温等优异的性能，因此被广泛应用于各个领域，为现代工业的发展做出了重要贡献。
一级碳纤维布参数
一级碳纤维布参数
一级碳纤维布的参数如下：
1. 碳纤维布克重：300g或200g。
2. 碳纤维布厚度：厚度为，碳布为300g/㎡；厚度为，碳布为200g/㎡。
3. 碳纤维布技术指标：一级碳纤维布的抗压强度≥3400MPa，弹性模具230GPa，延伸率%；二级碳纤维布的抗压强度≥3000MPa，弹性模具200GPa，延伸率%。
4. 碳纤维布产品特性：一级碳纤维布主要用于工业和民用领域，其强度为600mpa\~1000mpa，伸长率为15%\~25%，断裂伸长率为30%左右。
5. 碳纤维布应用范围：一级碳纤维布可用于制作飞机、汽车、船舶等的结构件及部件，如发动机叶片、尾翼；用于制作医疗器械中的支架等；用于制作体育器材中的滑雪杆和球拍；用于制作防弹衣、防护服等。
希望以上信息能对您了解一级碳纤维布有所帮助。
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聚丙烯腈基（PAN）碳纤维的性能、应用及相关标准.texindex../ 2010年6月15日 10:42 中国纤检摘要：聚丙烯腈基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。
本文简要介绍了国外PAN基碳纤维的发展历程和现状，PAN基碳纤维的制备、结构及性能及碳纤维的应用领域，详细介绍了PAN基碳纤维相关标准及检测，并对未来发展进行了展望。
关键词：碳纤维；聚丙烯腈；标准碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
它的比重不到钢的1/4，碳纤维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23000Mpa~43000Mpa亦高于钢。
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。
碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。
PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90％以上，成为最主要的品种。
1 国外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状1.1国外发展现状1959年，媒体报道的日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利，由于该工艺简单，产品力学性能优良，因此发展较快,开创了碳纤维的新时代。
世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产，现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类。
日本和美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%[1]。
日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司(东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi)依靠其先进纺丝科学技术，形成高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还是数量上均处于世界前三位，占据了世界78%左右的产量。
日本Toray 公司是世界上最大的PAN基碳纤维厂商，2003年生产能力为7350t/a,其中在日本国生产能力4700t/a,在美国拥有产能1800t/a,另外在法国与Atofia合资的Soficar产能为850t/a。
公司以生产小丝束PAN基碳纤维为主,在日本国大丝束PAN基碳纤维的产能仅为300t/a。
东邦人造丝是第二大碳纤维生产商，其碳纤维的生产能力为5800t/a，全是小丝束品种。
三菱人造丝在日本国产能为2700t/a，在海外美国Grafil的产能为700t/a，2001年三菱人造丝率先将设备投资增加27.5%，达到190亿元，将本国的产能提高500t/a，再将美国子公司Grafil的产能增加800t/a，这样两地的总产能达到4700t/a。
世界主要PAN基碳纤维生产企业的产能见表1[2]。
表1 世界主要PAN基碳纤维生产企业的产能t国外PAN基碳纤维的主要消费地是美国、西欧地区和日本。
2002年上述国家和地区共消费PAN基碳纤维约12000t，其中美国消费量4600t，西欧地区消费量为5200t（一般工业应用2800t，航空航天1710t，体育器材690t）日本消费量约2200t。
在2006～2011年，世界的碳纤维平均年需求增长率约为11.7％，高于平均年增长率的是西欧及亚洲的一些国家，世界碳纤维消费量见表2[3]。
表2 世界碳纤维消费量kt注：引用CEH资料数据, “亚洲*”指除日本外。
1.2国发展现状我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，几乎与世界同步开始碳纤维研究工作。
80年代开始研究高强型碳纤维，多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。
已经研制出接近日本东丽公司T-300水平的碳纤维产品，但产量和品质都远不能满足国需要，与国外相比差距甚大，国PAN基碳纤维总生产能力仅600吨／年左右。
(包括正在筹建厂)，实际生产量约仅为30~40吨／年。
进入21世纪以来发展较快，华皖碳纤维公司率先引进了500吨／年原丝、200吨／年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平)，使我国碳纤维工业进入了产业化。
随后，一些厂家相继加入碳纤维生产行列。
据不完全统计，目前，我国已有12家生产规模大小不一(5～800吨/年)的PAN基碳纤维生产厂家，合计生产能力为1310吨／年。
值得一提的是我国省的台塑集团，在80代年中期从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维生产线，经消化、吸收和配套后得到迅速发展，台塑产量增加很快，但碳纤维质量的提高幅度并不大。
我国一些研究单位和高校都投入相当力量进行研究，并根据实验室研究成果建立一些中试装置；也尝试从国外引进专利技术与小规模生产设备，我国碳纤维现在仍处于艰难起步阶段，碳纤维的研制生产发展较慢，与国际先进水平相比，国产碳纤维突出问题是强度低、均匀性差、稳定性差、毛丝多、实际生产量低，其根本的原因是我国的原丝质量不过关[4-5]，影响了我国碳纤维的发展。
解决碳纤维用聚丙烯腈原丝生产这一技术关键，不能依赖技术引进，而应集中力量，汇集国从事与此领域有关各方人力，选择国经济实力和客观条件较好企业作为实施基地，进行高起点技术攻关。
目前我国碳纤维90％以上依赖进口，极大的制约了我国相关产业的发展。
2 PAN基碳纤维的制备、结构、性能2.1PAN基碳纤维的制备聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。
无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。
为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。
对原料的要：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。
生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于6～8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。
若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。
因此，制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理[6]。
预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。
一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h～3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。
这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。
再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(l 600℃)，即碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维。
2.2 结构碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构，通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。
碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42Å，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借德华力连接在一起。
2.3 性能特征碳纤维的化学性能与碳十分相似，在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化，氧化产物CO2、CO在纤维表面散失，所以其在空气中的使用温度不能太高，一般在360℃以下。
但在隔绝氧的情况下，使用温度可大大提高到1500～2000℃，而且温度越高，纤维强度越大。
碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）[8]。
碳纤维有通用型（GP）、高强型（HT）、高模型（HM）、高强高模（HP）等多种规格，其性能指标见表3。
表3 碳纤维的规格与性能碳纤维有如下的优良特性：①比重轻、密度小；②超高强力与模量；③纤维细而柔软；④耐磨、耐疲劳、减振吸能等物理机械性能优异；⑤耐酸、碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性碳纤维；⑥热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃，热分解温度800℃，极限氧指数55；⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；⑧具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低；⑨生物相容性好，生理适应性强。
碳纤维力学性能主要是抗强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数，变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ，碳纤维的CV值是设计构建的一项重要指标，如果碳纤维的CV值较小，涉及碳纤维拉伸强度等利用率高，可充分发挥其增强效果。
在使用碳纤维时，大多制造成复合材料的结构件。
对于同一性能的结构件，碳纤维的CV值越小，用量少，增强效果好；如果CV值较大，用量较多，构件笨重，增强效果差。
表4为民用碳纤维的力学性能[9]。
表4 民用碳纤维力学性能由表4可看出，所生产的碳纤维具有较高的强度和模量，而伸长率较低，表明该材料具有较大的刚性；同时材料的拉伸强度和弹性模量的CV值都较低，表明材料的均一性较好。
3 PAN基碳纤维的应用碳纤维复合材料是为满足航天、航空等军事部门的需要而发展起来的新型材料，但因一般工业部门对产品的质量和可靠性要求不及上述部门严格，故开发应用的周期较短，推广应用的很快。
被广泛应用于各种民用工业领域。
碳纤维除用于高温绝热材料及除电刷子之外，一般并不单独使用，常加入到树脂（以环氧、酚醛为主）、金属或陶瓷、碳、水泥等基体中，构成碳纤维增强复合材料，是一种极为有用的结构材料。
它不仅质轻、耐高温，而且有很高的抗拉强度和弹性模量3.1 航空航天碳纤维复合材料具有高比强度、高比刚度(比模量)、耐高温、可设计性强等一系列独特优点，是导弹、运载火箭、人造卫星、宇宙飞船、雷达[10]等结构上不可或缺的战略材料。
航空则以客机、直升机、军用机为主要应用对象。
3.2 文体和医疗用品文体休闲用品是碳纤维复合材料应用的重要领域，高尔夫球杆、网球拍和钓鱼杆是三大支柱产品，其次是自行车、赛车、赛艇、弓箭、滑雪板、撑杆和乐器外壳等。
医疗领域包括医学上用的移植物、缝合线、假肢、人造骨骼、韧带、关节以及x光透视机等。
3.3 一般工业碳纤维复合材料在汽车工业用于汽车骨架、活塞、传动轴、刹车装置等；在能源领域应用于风力发电叶片、新型储能电池、压缩天然气贮罐、采油平台等；碳纤维因其质轻高强和极好的导电性及非磁性而在电子工业中用于制备电子仪器仪表、卫星天线[11]、雷达等；碳纤维增强材料(CFRC)与钢筋混凝土相比，抗强度与抗弯强度高5-10倍，弯曲韧度和伸长应变能力高20~30倍，重量却只有l/2，已被广泛应用于房屋、桥梁、隧道等基础设施的混凝土结构增强工程中[12•13]。