碳纤维的性能、应用及相关标准
碳纤维复合材料在船舶上的应用
碳纤维复合材料是一种由碳纤维与树脂等材料混合制成的轻型、高强度的复合材料。
它具有重量轻、耐腐蚀、耐疲劳、抗拉伸等一系列优点，因而在船舶制造领域得到了广泛应用。
本文将从碳纤维复合材料在船舶上的应用领域、优势和挑战等方面展开论述。
一、碳纤维复合材料在船舶制造中的应用领域1. 船体结构：碳纤维复合材料具有优异的强度和刚性，可以用于船体的结构件制造，如船体外壳、船体内部隔板等。
2. 船舶附件：碳纤维复合材料还可以用于船舶的附件制造，如船舶的桅杆、舷梯、天线支架等。
3. 船用设备：在船用设备方面，碳纤维复合材料也有广泛的应用，如船用通风系统、船用管道等。
二、碳纤维复合材料在船舶制造中的优势1. 重量轻：相比传统的金属材料，碳纤维复合材料具有更轻的重量，可以减轻船舶的自重，提高船舶的载货能力。
2. 耐腐蚀：碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，可以有效防止船舶受海水等腐蚀介质的侵蚀，延长船舶运用寿命。
3. 高强度：碳纤维复合材料具有优异的强度和刚性，可以有效提高船体的整体强度，增加船舶的安全性。
4. 易塑性：碳纤维复合材料可以根据需要进行模具成型，制造出复杂的船舶结构件，提高船舶的整体设计灵活性。
5. 良好的阻燃性能：碳纤维复合材料能够满足船舶在火灾条件下的阻燃要求，提高船舶的安全性。
三、碳纤维复合材料在船舶制造中的挑战1. 成本高: 相比传统的金属材料，碳纤维复合材料的制造成本较高，导致船舶的造价增加。
2. 技术要求高: 碳纤维复合材料的制造和加工需要高精度的技术和设备支持，对船舶制造厂商的技术水平有较高要求。
3. 维修难度大: 碳纤维复合材料一旦受到损坏，修复和维护的难度较大，需要专业技术和设备支持。
四、总结碳纤维复合材料作为一种新型的船舶结构材料，具有重量轻、耐腐蚀、高强度等优点，可以在船舶制造领域发挥重要作用。
然而，它也面临着成本高、技术要求高、维修难度大等挑战，需要船舶制造领域的相关企业和科研机构共同努力，克服这些困难，推动碳纤维复合材料在船舶制造中的广泛应用。
碳纤维材料的制备及应用研究
碳纤维材料的制备及应用研究碳纤维材料是一种高性能、高强度和轻质的材料，在航空、航天、汽车、船舶、体育器材等领域有广泛的应用。
本文将介绍碳纤维材料的制备方法及其应用研究。
一、碳纤维材料的制备方法碳纤维的制备主要包括三个步骤：前驱体制备、纺丝成纤维和碳化。
1.前驱体制备前驱体是指材料转化为碳纤维前的预处理材料。
常用的前驱体有聚丙烯腈（PAN），煤沥青和轮胎树脂等。
其中，PAN是制备碳纤维的主要前驱体。
PAN通过干法纺丝制备成PAN纤维，然后进行预氧化处理，将预氧化的PAN纤维进行拉伸，再进行热解，最终得到碳纤维。
2.纺丝成纤维纺丝是将前驱体制备成精细单体并熔融成纤维的过程。
纺丝方式包括湿式法、干式法和气流旋转纺丝法等。
其中，湿式法是制备PAN基碳纤维最常用的方法。
3.碳化碳化是指在高温下，将前驱体中的非碳元素脱除，形成含碳量达到90%以上的纤维。
碳化条件是热解温度和时间，温度在1300℃左右，时间从几小时到几十小时不等。
碳化过程中，纤维的密度增大，晶体成分变化，力学性质也随之变化。
二、碳纤维材料的应用研究1. 航空领域碳纤维材料在航空领域中的应用主要是替代传统的铝合金和复合材料制造飞机的结构部件，以减少飞机的重量和燃料消耗。
碳纤维材料是制造各种结构部件的理想材料，包括机翼、机身、进气道和发动机等。
2. 船舶领域碳纤维材料在船舶领域的应用主要是制造高速艇、游艇和各种竞赛船只的外壳和桅杆等结构件。
碳纤维材料具有优异的刚性和强度，可以有效减少船只的自重，提高船只的速度和灵活性。
3. 汽车领域碳纤维材料在汽车领域中的应用主要是用于制造车身外壳和底盘结构件等部件。
碳纤维材料具有高强度和轻质化特点，能够大大降低汽车的自重，提高汽车的燃油经济性和性能。
4. 体育器材领域碳纤维材料在体育器材领域中的应用主要是制造高档的高尔夫球杆、足球鞋、网球拍和自行车等体育用品。
碳纤维材料具有优异的刚性和强度，能够提高运动器材的性能表现。
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。
碳纤维导电能力
碳纤维导电能力随着科技的不断进步，碳纤维作为一种轻质、高强度的新型材料，被广泛应用于各个领域。
除了其优异的机械性能外，碳纤维还具备着良好的导电能力。
本文将从碳纤维导电原理、导电性能以及应用领域三个方面探讨碳纤维的导电能力。
一、碳纤维导电原理碳纤维的导电能力源于其独特的结构和成分。
碳纤维是由数以千计的碳纤维束织成的，每根碳纤维束又是由数以百计的碳纤维纤维束织成的。
这种特殊的结构使得碳纤维具有非常好的导电性能。
在碳纤维的制备过程中，一般采用聚丙烯腈纤维作为原料，通过高温炭化、石墨化等工艺加工而成。
碳纤维中的碳元素形成了类似于石墨的层状结构，这种结构中的碳原子之间存在着共价键和π键，从而使得电子可以在碳纤维中自由传导。
因此，碳纤维具备了优异的导电性能。
二、碳纤维的导电性能碳纤维具有良好的导电性能，其电阻率约为2×10^-6 Ω·cm，比铜还要低。
这意味着碳纤维可以有效地传导电流，并且可以在较低的电压下实现较高的导电能力。
碳纤维的导电性能还受到其纤维的取向和密度的影响。
一般来说，碳纤维的取向越好，导电性能越好。
此外，碳纤维的密度越高，导电性能也越好。
因此，在碳纤维的制备过程中，需要通过合适的工艺控制纤维的取向和密度，以获得较高的导电性能。
三、碳纤维导电能力的应用领域碳纤维的导电能力使其在众多领域有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 汽车工业：碳纤维导电能力使其成为汽车制造中的重要材料。
碳纤维可以用于制作车身、座椅、刹车系统等部件，不仅能够提高汽车的安全性能，还可以减轻整车重量，提升汽车的燃油效率。
2. 航空航天工业：碳纤维具有轻质高强度的特点，使其成为航空航天领域的理想材料。
碳纤维可以用于制作飞机、火箭的结构件，如机翼、机身等，不仅能够降低飞行器的自重，还可以提高其载荷能力和飞行速度。
3. 电子工业：碳纤维的导电性能使其成为电子产品中的重要组成部分。
碳纤维可以用于制作导电板、导电膜等电子元件，能够实现电流的快速传输和分布。
日本东丽公司的碳纤维产品分类及应用
日本东丽公司的碳纤维产品分类及应用本文主要介绍了东丽碳纤维分类产品的性能特点、应用及规格，概述了东丽碳纤维在航空航天、工业应用及体育休闲三大领域应用情况。
东丽公司碳纤维主要是按照力学性能进行区分，按照拉伸强度和拉伸模量可以分为T系列和M系列：T系列高强度碳纤维：分别标准模量级和高强/超高强中模级；M系列包括高模M系列和高强高模MJ系列。
1标准模量碳纤维标准模量（Standard modulus）碳纤维通常具有225GPa-235GPa（33-34msi）或略高的纤维模量。
TorayT300标准模量碳纤维是公认的行业标准碳纤维，已经生产了30多年。
T700S则是拉伸强度最高的标准模量级碳纤维。
标准模量碳纤维涵盖1K到24K不同规格。
T300：用于航空航天应用领域，具有20多年应用历史、30年的生产历史，以平衡复合材料特性、高质量、一致性、可靠性和稳定供货而闻名。
T400H：拉伸强度高于T300和T300J，专为航空航天应用而设计。
T700S：可提供最高强度的标准模量级碳纤维，具有出色的加工特性，适用于纤维缠绕、编制和预浸料。
这种无捻纤维主要用于各种工业和休闲娱乐用品，包括天然气汽车（NGV）储罐和SCBA呼吸罐等压力容器。
T700G：较T700S的拉伸模量和粘合性能有所提升。
这种无捻纤维的应用主要包括飞机和高性能运动用品。
2高强/超高强中模碳纤维中模（Intermediate modulus，IM）碳纤维的拉伸模量为290GPa（42msi）。
IM纤维最初是为航空航天应用而开发的，现在也可用于休闲娱乐和工业应用。
Toray提供各种规格IM纤维，结合不同价位和性能特征，可满足各行各业的需求。
Toray的IM纤维规格包括6K，12K，18K和24K。
按照拉伸强度可以分为高强中模碳纤维（T800H、T800S、T1000G）和新一代超高强中模碳纤维（T1100G、T1100S）。
T800H：高强中模碳纤维，具有高水平和平衡复合特性。
碳纤维预浸料 标准
碳纤维预浸料标准碳纤维预浸料是一种先进的复合材料，具有重量轻、强度高、刚性好等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
为了确保碳纤维预浸料的质量和性能，制定了一系列的标准来规范其生产、加工和使用。
本文将对碳纤维预浸料的标准进行详细介绍，以便相关行业从业者更好地了解和遵守相关规定。
首先，碳纤维预浸料的标准主要包括原材料的选择和质量要求、生产工艺的规范、成品的性能测试等内容。
对于原材料的选择，一般需要符合国家相关的材料标准，如碳纤维布、树脂基体等材料都需要符合特定的质量要求，以保证复合材料的性能稳定。
在生产工艺方面，标准通常会规定预浸料的浸渍工艺、固化工艺、存储和包装等环节，以确保生产过程的稳定性和一致性。
此外，对成品的性能测试也是标准的重要内容，通常包括拉伸强度、弯曲强度、热性能等指标的测试方法和要求，以确保成品的质量符合要求。
其次，碳纤维预浸料的标准制定是为了保证其产品质量、促进行业发展和规范市场秩序。
通过制定统一的标准，可以避免因为材料、工艺等方面的差异导致的产品质量参差不齐的问题，保证产品的稳定性和可靠性。
同时，标准的制定也有利于推动行业技术的进步和创新，促进碳纤维预浸料在各个领域的应用和推广。
此外，标准还可以规范市场秩序，避免不法厂家以次充好，保护消费者的利益，维护行业的良性竞争环境。
最后，作为碳纤维预浸料的生产和使用者，我们应当充分重视标准的遵守和执行。
只有严格按照标准要求进行生产和加工，才能保证产品的质量和性能稳定。
同时，作为使用者，也要选择符合标准要求的产品，避免因为质量问题而导致不必要的损失。
在日常生产和使用中，还应当加强对标准的宣传和培训，提高相关从业人员的标准意识和执行力，共同维护好碳纤维预浸料行业的良好发展态势。
综上所述，碳纤维预浸料的标准对于保证产品质量、促进行业发展和规范市场秩序都具有重要意义。
我们应当充分认识到标准的重要性，切实加强对标准的遵守和执行，共同推动碳纤维预浸料行业的健康发展。
碳纤维简介及其应用
碳纤维材料对生活的影响碳纤维简介碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，在沿纤维轴方向表现出很高的强度。
碳纤维具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异且具有诸多特殊功能的新材料。
由于碳纤维及其复合材料优异的综合性能及高附加值，被人们称作是二十一世纪的“黑色黄金”，被列入国家“十三五”规划，作为国家重点发展的战略新兴产业。
二十世纪四、五十年代，美国人首次通过牵引人造丝的方法，制备得到了碳纤维符合材料(CFRP)。
此后美国人在该技术方面领跑世界近20年。
1969年，日本东丽公司研制成功高比强度和高比模量的碳纤维。
目前，以日本东丽、东邦和三菱人造丝三家日本公司的碳纤维材料产量占据世界70%以上的高性能碳纤维生产份额。
我国的碳纤维产业发展和国外存在着较大差距，无论是碳纤维的生产和下游的应用。
以碳纤维为例，2017年，全球碳纤维理论产能为147,100吨，而中国为2,6000吨。
差距已经较大，但在实际产量上，差距就更明显。
2016年全球碳纤维产量在84000吨左右，约为产能的60%，但中国的实际产量7400吨（有说5400），不到产能的30%（中国碳纤维2017年需求约24800吨，自给率30%）。
同时国外如东丽可以批量生产T300、T700、T800、T1000、M40、M55、M60等级别的碳纤维，而国内T300、T700可以满足一定的需求，其他级别产品在市场上还没形成规模化供应。
碳纤维的发展目前的碳纤维制备技术已经能制备出比强度比钢高十几倍，密度是一般金属的0.5 倍左右，疲劳极限是拉伸强度的70%~80%，在400摄氏度的高温下强度和弹性模量无变化，易于大面积整体成型。
由于国外碳纤维材料发展较早，除了应用于宇航、航空之外，在汽车、船舶、建筑、车辆、化工设备乃至文娱体育用品都得到了充分的应用。
碳纤维的应用领域及前景
碳纤维的应用领域及前景碳纤维是一种由碳元素组成的纤维材料，具有轻质高强的特性，因此在各种领域都有广泛的应用。
以下是关于碳纤维的应用领域及前景的详细介绍。
1. 航空航天领域：碳纤维具有轻质高强、刚度大、抗疲劳性能好等特点，因此在航空航天领域有广泛应用。
其中最典型的例子就是碳纤维增强塑料（CFRP）在飞机机身、机翼等部位的使用。
由于碳纤维的重量约为钢的四分之一，使用碳纤维可以减轻飞机的自重，提高燃油效率。
此外，碳纤维还可以用于制造飞机的起落架、飞行控制系统等部件，提高整个飞机的性能和安全性。
2. 汽车工业：随着环保意识的提高和汽车工业的发展，碳纤维在汽车制造领域也有着广阔的应用前景。
由于碳纤维具有重量轻、强度高等特点，可以降低汽车的整体重量，提高燃油效率。
目前，许多高档豪华汽车和电动汽车已经开始采用碳纤维材料制作车身和零部件，如保险杠、车身框架等，以提高车辆性能和安全性。
预计随着碳纤维材料的成本降低和工艺的改进，碳纤维在汽车工业中的应用会越来越广泛。
3. 船舶工业：由于碳纤维具有轻质高强、耐腐蚀等特点，在船舶工业中也有着重要的应用。
尤其是在制造高速船舶和航行性能要求高的船舶时，碳纤维的应用可以大大减轻船体重量，提高航行速度和燃油效率。
此外，碳纤维还可以用于船体结构的加强，提高整体的强度和刚度。
预计随着碳纤维材料成本的降低和制造工艺的改进，碳纤维在船舶工业中的应用前景将会十分广阔。
4. 体育器材：碳纤维在体育器材中也有着广泛的应用。
例如，碳纤维可以用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车等器材，因为它具有轻质高强的特点，能够提高运动器材的性能和使用寿命。
同时，碳纤维还可以用于制造赛艇、滑雪板等水上、雪上运动器材，因为其耐腐蚀的特性可以在恶劣环境中使用。
预计随着碳纤维材料成本的降低和制造工艺的改进，碳纤维在体育器材领域的应用会越来越广泛。
5. 建筑工程：碳纤维在建筑工程中也有着重要的应用。
例如，碳纤维可以用于制造建筑物的梁、柱等结构部件，因为其轻质高强的特点可以减轻建筑物的重量，提高结构的安全性和抗震性能。
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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,其中在日本国内生产能力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,在日本国内大丝束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内产能为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国内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内需要，与国外相比差距甚大，国内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，安徽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。
值得一提的是我国台湾省的台塑集团，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，汇集国内从事与此领域有关各方人力，选择国内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。
对原料的要求是：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，层与层之间借范德华力连接在一起。
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张强度、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，抗张强度与抗弯强度高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]。