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由碳元素組成的一種特種纖維。具有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性 外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強(qiáng)度和模量。碳纖維的密度小，因此比強(qiáng)度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強(qiáng)材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進(jìn)復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。
簡史
1879年愛迪生曾用纖維素纖維，如竹、亞麻或棉紗為原料，首先制得碳纖維并獲得專利，但當(dāng)時(shí)制得的纖維力學(xué)性能很低，工藝也不能工業(yè)化，未能獲得發(fā)展。
20世紀(jì)50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技術(shù)的發(fā)展，迫切需要比強(qiáng)度、比模量高和耐高溫的新型材料，另外，采用前驅(qū)纖維為原料經(jīng)熱處理的工藝可制得碳纖維連續(xù)長絲，這一工藝奠定了碳纖維工業(yè)化的基礎(chǔ)。40多年來，碳纖維經(jīng)歷的重大技術(shù)進(jìn)展如下：
20世紀(jì)50年代初，美國Wright-Patterson空軍基地以黏膠纖維為原料，試制碳纖維成功，產(chǎn)品作火箭噴管和鼻錐的燒蝕材料，效果很好。1956年美國聯(lián)合碳化物公司試制高模量黏膠基碳纖維成功，商品名“Thornel—25”投放市場，同時(shí)開發(fā)了應(yīng)力石墨化的技術(shù)，提高碳纖維的強(qiáng)度與模量。
20世紀(jì)60年代初，日本進(jìn)藤昭男發(fā)明了以聚丙烯腈（PAN）纖維為原料制取碳纖維的方法，并取得了專利。1963年日本碳公司及東海電極公司用進(jìn)藤的專利開發(fā)聚丙烯腈基碳纖維。1965年日本碳公司工業(yè)化生產(chǎn)普通型聚丙烯腈基碳纖維成功。1964年英國皇家航空研究中心（RAE）通過在預(yù)氧化時(shí)加張力試制出高性能聚丙烯腈基碳纖維。由Courtaulds公司，Hercules公司和Rolls—Royce公司采用RAE的技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
1965年日本大谷杉郎首先制成了聚氯乙烯瀝青基碳纖維，并發(fā)表了先驅(qū)性的瀝青基碳纖維的研究報(bào)告。
1969年日本碳公司開發(fā)高性能聚丙烯腈基碳纖維獲得成功。1970年日本東麗（Toray Textile Inc.）公司依靠先進(jìn)的聚丙烯腈原絲技術(shù)，并與美國聯(lián)合碳化物公司交換碳化技術(shù)，開發(fā)高性能聚丙烯腈基碳纖維。1971年東麗公司將高性能聚丙烯腈基碳纖維產(chǎn)品（Torayca）投放市場。隨后產(chǎn)品的性能、品種、產(chǎn)量不斷發(fā)展，至今仍處于世界領(lǐng)先地位。此后，日本東邦、旭化成、三菱人造絲及住友公司等相繼投入聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)行列。（見聚丙烯腈基碳纖維）
1970年日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司采用大谷杉郎的專利，首先建成年產(chǎn)120t普通型（GPCF）瀝青基碳纖維的生產(chǎn)廠，1978年產(chǎn)量增到240t。該產(chǎn)品被用作水泥增強(qiáng)材料后，發(fā)現(xiàn)效果很好，1984年產(chǎn)量增至400t，1986年再次增加到900t。1976年美國聯(lián)合碳化物公司生產(chǎn)高性能中間相瀝青基碳纖維（HPCF）成功，年產(chǎn)量為113t，1982年增至230t，1985年增至311t。
1982年起，日本東麗、東邦、日本碳公司、美國Hercules、Celanese公司、英國Courtaulds公司等，先后生產(chǎn)出高強(qiáng)、超高強(qiáng)、高模量、超高模量、高強(qiáng)中模以及高強(qiáng)高模等類型高性能產(chǎn)品，碳纖維拉伸強(qiáng)度從3.5GPa提高到5.5GPa，小規(guī)模產(chǎn)品達(dá)7.0GPa。模量從230GPa提高到600GPa，這是碳纖維工藝技術(shù)的重大突破，使應(yīng)用開發(fā)進(jìn)入一個(gè)新的高水平階段。
1981年起瀝青科學(xué)取得重大進(jìn)展，開發(fā)出幾種調(diào)制中間相瀝青的新工藝，如日本九州工業(yè)試驗(yàn)所的預(yù)中間相法，美國EXXON公司的新中間相法，日本群馬大學(xué)開發(fā)的潛在中間相法，促進(jìn)了高性能瀝青基碳纖維的開發(fā)。隨后日本三菱化成化學(xué)公司、大阪煤氣公司、新日鐵公司陸續(xù)建成一批不同規(guī)格的高性能碳纖維生產(chǎn)廠。其特點(diǎn)是模量增高的同時(shí)也增高強(qiáng)度。20世紀(jì)80年代是瀝青基碳纖維的興旺發(fā)展時(shí)期。
黏膠基碳纖維自20世紀(jì)60年代中期以后沒有發(fā)展，僅生產(chǎn)少量產(chǎn)品供軍工及特種部門使用。
