碳纤维材料的概述

　　目前，市场(shì chǎng)上供应的碳纤维按原料分有粘胶碳纤维、聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维三类。碳纤维制品就是指以碳纤维预浸布为原材料，通过不同的加工方法，加工成为能够满足使用要求的材料制品。碳纤维手机壳外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维复合材料此前世界上碳纤维技术发达的国家（美国、德国、日本、韩国），对于向中国输出碳纤维产品和技术，保持着极其谨慎的态度。即使在目前，我国碳纤维以及碳纤维制品的进口，还受到发达国家的严格控制。用人选丝制造碳纤维的历史可以追溯到1880年爱迪生发明的白炽电灯丝，但那种碳纤维含有大量孔隙，是非常脆弱的。近代碳纤维的研究起始于本世纪50年代中期，那时是在1000℃下的惰性氛围中处理(chǔ lǐ)人造丝来制备碳纤维，其抗张强度仅为275MPa。1959年出现了低温预处理(chǔ lǐ)、高温再碳化的分段工艺，使碳纤维的抗张强度提高到330-900MPa之间。

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  　　在60年代进行广泛研究的荃础上，发现碳纤维的强度和模量与它的晶体结构有关，理想的结构应为无明显孔隙的石般结构，且其晶体沿纤维轴取向。碳纤维复合材料在之前还有一种说法是，碳纤维制品与同等质量的金属材料相比，碳纤维的强度等于金属强度的12陪。碳纤维制品由于碳纤维拥有极高的材质特性，因此碳纤维制品的强度大，硬度高，远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。Bacon指出，当石墨基面平行于纤维轴时，其杭张强度高于20GPa，弹性模量高于690GPa，并得出理论上最大弹性模量为1000GPa。为了尽可能接近这种理想结构，应从以下三个方面改进技术措施。第一是原材料(Material)的选择(xuanze)，应该选择(xuanze)碳化过程(guò chéng)中残碳量高，失重少以最大化减少收缩，同时还应有高度的分子取向性，并能在后序工艺阶段得以保持。第二是碳化前的预处理(chǔ lǐ)，处理(chǔ lǐ)的目的是稳定(wěn dìng)碳纤维，防止它熔化或分解。第三是碳化、石墨化工艺的选择(xuanze)，这个阶段的工艺对碳纤维的力学能力有很大的影响(influence)，特别是抗拉强度和模量。   　　除了上述的处理(chǔ lǐ)外，不能忘了碳纤维的表面处理(chǔ lǐ)，它能让碳纤维和基体材料(Material)结合紧密。