碳纖維是由聚丙烯腈或?yàn)r青、粘膠等有機(jī)母體纖維，在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu)，含碳量在90%以上的無(wú)機(jī)高分子纖維。不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。

　　一、碳纖維簡(jiǎn)介：“新材料之王”

　　碳纖維呈黑色，其質(zhì)輕、強(qiáng)度高，同時(shí)具有易于成型、耐腐蝕、耐高溫等多種優(yōu)良性質(zhì)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通建設(shè)等諸多領(lǐng)域。

　　圖片▲碳纖維樣品圖

　　1、碳纖維性能特點(diǎn)

　　2、碳纖維主要分類

　　碳纖維可以按照原絲種類、力學(xué)性能、絲束規(guī)格、原絲制備工藝等不同維度進(jìn)行分類，不同類別的碳纖維分類標(biāo)準(zhǔn)如下：

　　1）原絲種類

　　碳纖維根據(jù)原絲種類主要分為PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中，PAN基碳纖維由于生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)異，用途廣泛，自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，迅速占據(jù)主流地位，占碳纖維總量的90%以上；瀝青基、粘膠基的產(chǎn)量規(guī)模較小。因此，目前碳纖維一般指PAN基碳纖維。

　　2）力學(xué)性能

　　碳纖維因其優(yōu)異的力學(xué)性能作為增強(qiáng)材料而廣泛應(yīng)用，因此業(yè)內(nèi)主要采用力學(xué)性能進(jìn)行分類。業(yè)內(nèi)產(chǎn)品分類主要參考日本東麗的牌號(hào)，并以此為基礎(chǔ)確定自身產(chǎn)品的牌號(hào)及級(jí)別。

　　圖片▲碳纖維力學(xué)性能分類

　　3）絲束規(guī)格

　　按照每束碳纖維中單絲根數(shù)，碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩大類別。一般按照碳纖維中單絲根數(shù)與1,000的比值命名，例如，12K指單束碳纖維中含有12,000根單絲的碳纖維。

　　圖片▲碳纖維大小絲束分類

　　4）原絲制備工藝

　　按照紡絲溶劑的選擇，聚合工藝的連續(xù)性，紡絲采用的工藝方法等，原絲制備可以分為不同的工藝類型：按照紡絲溶劑區(qū)分，包括DMSO（二甲基亞砜）、DMAc（N,N-二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸鈉）等不同的溶劑類別。

　　按照聚合工藝的連續(xù)性，可以分為一步法、兩步法；按照紡絲工藝，可以分為濕法和干噴濕紡法。其中，紡絲工藝的選擇及控制為穩(wěn)定生產(chǎn)高性能原絲的關(guān)鍵因素。

　　3、碳纖維發(fā)展歷史

　　整個(gè)碳纖維市場(chǎng)發(fā)展大致經(jīng)歷了起步、成長(zhǎng)、擴(kuò)張和全面擴(kuò)張四個(gè)階段。

　　起步階段（1971-1983）

　　碳纖維主要應(yīng)用于釣魚竿、飛機(jī)次承力結(jié)構(gòu)領(lǐng)域；

　　成長(zhǎng)階段（1984-1993）

　　碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大至網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)的應(yīng)用上，在這段時(shí)期內(nèi)，碳纖維產(chǎn)品增加、成型技術(shù)逐漸進(jìn)步；

　　擴(kuò)張時(shí)期（1994-2003）

　　碳纖維工業(yè)應(yīng)用開(kāi)始起步，碳纖維產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入壓力容器、工業(yè)機(jī)器、船艇、土木工程和建筑、修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域，在這段時(shí)期內(nèi)碳纖維生產(chǎn)成本也開(kāi)始降低；

　　全面擴(kuò)張時(shí)期（2004-至今）

　　飛機(jī)應(yīng)用不斷擴(kuò)大，并逐漸發(fā)展到壓力容器和汽車等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)碳纖維產(chǎn)品制造方法逐漸多樣化，產(chǎn)品生產(chǎn)更注重可循環(huán)性。

　　4、碳纖維生產(chǎn)制備工藝流程

　　碳纖維生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜，總體分為四步，原絲制備（包括聚合與紡絲）、預(yù)氧化、碳化/石墨化及表面處理/上漿。

　　碳纖維的生產(chǎn)過(guò)程是將丙烯腈單體聚合制成紡絲原液，然后將原液紡絲成型制成原絲，制成的原絲為碳纖維的前驅(qū)體；原絲經(jīng)過(guò)氧化爐，在空氣氣氛下反應(yīng)得到預(yù)氧絲，預(yù)氧絲在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，分別經(jīng)過(guò)低溫碳化、高溫碳化得到碳絲；為了更好地制成碳纖維復(fù)合材料，此時(shí)還需經(jīng)過(guò)表面處理、上漿，最后烘干得到碳纖維。