應用範圍

①高溫爐的隔熱保溫材料，它是目前唯一可在2000-3000度高溫下使用的隔熱材料。

②   C/C復合材料的增強材料如製作高爾夫球桿、釣魚杆、羽毛球桿等。

③   高溫過濾材料和腐蝕性液體的過濾材料。

④   電子及能源方面應用，如高容量電容、蓄電池等。

⑤    抗靜電材料。

 

科技名詞定義:

中文名稱：碳纖維

英文名稱：carbon fiber

定義：

由碳元素構成的無機纖維。纖維的碳含量大於90%。一般分為普通型、高強型和高模

型三大類。

應用學科：

材料科學技術（一級學科）；

高分子材料（二級學科）；

纖維（二級學科）；

特種纖維（二級學科）

以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公佈

       碳纖維（carbon fiber），顧名思義，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍多；它與凱芙拉縴維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、碱中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學者在1981年將PAN基CF浸泡在強碱NaOH 溶液中，時間已過去30多年，它至今仍保持纖維形態。

材料簡介:

      碳纖維是由有機纖維經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。

      碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。 　　碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為230~430Gpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景。 

化學性質:

      碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導電性介於非金屬和金屬之間，熱膨脹係數小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好。但其耐衝擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發生氧化，與金屬復合時會發生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現象。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。 

 

制備:

      碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化制得；按狀態分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大於4000MPa的又稱為超高強型；模量大於450GPa的稱為超高模型。隨着航天和航空工業的發展，還出現了高強高伸型碳纖維，其延伸率大於2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。 　　目前應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的製造包括纖維紡絲、熱穩定化（預氧化）、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環化、預氧化、氧化及脫氧等。

 

產業現狀:

      目前世界碳纖維產量達到4萬噸/年以上，全世界主要是日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司以及美國的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及德國SGL西格里集團，韓國泰光產業，中國臺灣省的臺塑集團，等少數單位掌握了碳纖維生產的核心技術，並且有規模化大生產。 　　中國對碳纖維的研究開始於20世紀60年代，80年代開始研究高強型碳纖維。多年來進展緩慢，但也取得了一定成勣。進入21世紀以來發展較快，安徽華皖碳纖維公司率先引進了500噸/年原絲、200噸/年PAN基碳纖維（只有東麗碳纖維T300水平），使中國碳纖維工業進入了產業化。隨後，一些廠家相繼加入碳纖維生產行列。 　　從2000年開始中國碳纖維向技術多元化發展，放棄了原來的硝酸法原絲製造技術，採用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術獲得成功。目前利用自主技術研製的少數國產T300、T700碳纖維產品已經達到國際同類產品水平。 

 

      隨着近年來中國對碳纖維的需求量日益增長，碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶持的新產品，成為國內新材料行業研發的熱點。 

 汽車外殼:

      中科院寧波材料所把一輛碳纖維小汽車開進了高交會，賺足了眼球———亮點主要在外殼上：在普通材質的汽車引擎蓋上，鎯頭用力敲擊，漆蓋上很有可能會有凹陷，而這輛車的車殼卻非常堅固，用力敲擊車蓋后會迅猛反彈，表面絲毫未損。 　　“這是碳纖維復合材料做的車子，比起普通用鋼材製造的汽車，它的最大特點是輕和快。”中科院寧波材料所的趙曉光向記者介紹說，這輛車拋棄了傳統的鋼結構，大量採用彈纖維材料製成，比普通鋼材的汽車重量能減少60%。在同樣用油情況下，這輛車每小時可以多開50公里。 　　體重減輕了，安全性如何？雖然碳纖維的看起來像塑料，但實際上這種材料抗衝擊性比鋼鐵強，特別是用碳纖維做成的方向盤，機械強度和抗沖性相比大大提高。在復合材料的“武裝”下，這輛小車反倒成了家用車中的“裝甲車”。據趙曉光透露，現在，這種碳纖維材料已經在高速列車的裙擺上應用。

 

碳纖維加固:

      碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用於混凝土結構加固修補的研究始於80年代美、日等發達國家。我國的這項技術起步很晚，但隨着我國經濟建設和交通事業的飛速發展，現有建築中有相當一部分由於當時設計荷載標準低造成曆史遺留問題，一些建築由於使用功能的改變，難以滿足當前規範使用的需求，亟需進行維修、加固。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面、粘鋼之後的又一種新型的結構加固技術。 

技術標準:

    國內最早通過的規範是2003年《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》，其編號為CECS146：2003, 已經被最新的國家標準規範2006《混凝土結構加固設計規範》代替,其編號為GB 50367-2006. 碳纖維加固最近的國標是《結構加固修復用碳纖維片材》GB/T 20490-2008,08年10月1日起執行。 《工程結構加固材料安全性鑑定技術規範》