碳纖維 （carbonfibre），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(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(gf)相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(kf-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學(xué)者在1981年將pan基cf浸泡在強(qiáng)堿naoh溶液中，時(shí)間已過去20多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。

成分結(jié)構(gòu)　　碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)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(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。　　碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000mpa亦高于鋼。因此cfrp的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000mpa/(g/cm3)以上，而a3鋼的比強(qiáng)度僅為59mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景，綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能，不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。

　　碳纖維是含碳量高于90％的無機(jī)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(qiáng)度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，x射線透過性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復(fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。

　　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(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（mpa）、模量為100gpa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000mpa、模量250gpa）和高模型（模量300gpa以上）。強(qiáng)度大于4000mpa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450gpa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2％。用量Zui大的是聚丙烯腈pan基碳纖維?！　∧壳皯?yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預(yù)氧化）、碳化、石墨化等4個(gè)過程。其間伴隨的化學(xué)變化包括，脫氫、環(huán)化、氧化及脫氧等。

　　由于原料、模量、強(qiáng)度和Zui后的熱處理溫度不同，產(chǎn)生了特性不同的碳纖維，前者硬而脆的常用于復(fù)合材料，軟而柔順的常用于紡織；后者多被用于工程用料。由于碳纖維的應(yīng)用越來越多兼之其特性，碳纖維強(qiáng)力拉伸性能測試的緊迫性擺在了我們面前。強(qiáng)伸性能試驗(yàn)屬于破壞性的，試驗(yàn)完畢試樣沒有可恢復(fù)性，又因?yàn)樘祭w維分離成為單纖維以后非常脆弱，因此在每次試驗(yàn)過程中，需要細(xì)心、耐心，試驗(yàn)前不要對試樣造成損傷。一般試驗(yàn)需要得到的技術(shù)指標(biāo)是cv值、平均值等?！　√祭w維的拉伸性能測試分單絲法和復(fù)絲法。碳纖維分離成為單纖維以后非常脆弱，剪切強(qiáng)度很低，稍有不慎就會(huì)斷裂，因此在每次試驗(yàn)過程中，需要細(xì)心、耐心，不要對試樣造成損傷。單纖維強(qiáng)伸性能試驗(yàn)通常采用紙框法固定試樣，當(dāng)然也不排除其他方法。單纖維強(qiáng)伸性能試驗(yàn)要采用能測試碳纖維的高強(qiáng)高模纖維強(qiáng)力儀。　　紙框法固定試樣，剪取適當(dāng)長度的該碳纖維試驗(yàn)樣品,用鋼針沿著纖維方向?qū)⑵浞蛛x，使試驗(yàn)樣品蓬松便于抽取。用取樣盤來盛取試樣，為保證測得結(jié)果的準(zhǔn)確性，不能對碳纖維造成任何損傷。采用國外標(biāo)準(zhǔn)制作襯紙很麻煩，在試驗(yàn)過程中我用電腦制圖找到一個(gè)簡單易行的方法。取0.1mm左右厚的打印紙做基片；按圖1尺寸用word制圖，劃出一個(gè)尺寸合適的框，復(fù)制滿a4紙打印（圖1是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸時(shí)，裁切線的長度應(yīng)增加一倍）；直尺放與裁切線吻合后用刀片沿裁切線將實(shí)線部分裁除，然后兩端貼上5mm寬的雙面膠紙；抽取分離的單根碳纖維試驗(yàn)樣品，沿中心虛線放上，并用雙面膠紙固定。也可以用融化后的松香，將單根碳纖維“焊接”在紙框上，其“焊點(diǎn)”起到固定單根碳纖維的作用（試驗(yàn)證明：采用“焊接”方式?jīng)]有雙面膠紙固定方式好用，而且夾持試樣時(shí)要離開“焊點(diǎn)”）；再用8～10mm寬的紙條，沿著裁切線寬度方向覆蓋雙面膠紙和試驗(yàn)樣品端頭，沿剪切線剪切，分離成固定在單個(gè)紙框上的待測試樣。注意：碳纖維的取樣比較困難，尤其處理后的碳纖維，很細(xì)，也很難分辨是一根還是兩根，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中曲線對比進(jìn)行判斷如果記錄下的曲線斜率明顯大于其他試樣的很有可能是兩根纖維，必要時(shí)可以用放大鏡配合取樣?！　?/p>

　　碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。

1994年至2002年左右，隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學(xué)術(shù)研究，使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入軍用和民用領(lǐng)域?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有使用長纖碳纖維制作國家電網(wǎng)電纜的使用案例多處。同時(shí)，碳纖維發(fā)熱產(chǎn)品，碳纖維采暖產(chǎn)品，碳纖維遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品也越來越多的走入尋常百姓家庭。　　碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。以前，以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)(cocom)，對當(dāng)時(shí)的社會(huì)主義國家實(shí)行禁運(yùn)封鎖政策，1994年3月，cocom雖然已解散，但禁運(yùn)封鎖的陰影仍籠罩在上空，先進(jìn)的碳纖維技術(shù)仍引不進(jìn)來，特別是高性能pan基原絲技術(shù)，即使我國進(jìn)入wto，形勢也不會(huì)發(fā)生大的變化。因此，除了國人繼續(xù)自力更生發(fā)展碳纖維工業(yè)外，別無其它選擇。因此，國外尤其是碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先的日韓等國對中國的碳纖維材料及制品的出口一直保持相當(dāng)謹(jǐn)慎的態(tài)度，只有為數(shù)很少的中國企業(yè)能夠與其建立合作關(guān)系，擁有其產(chǎn)品的進(jìn)口渠道。

　　目前世界碳纖維產(chǎn)量達(dá)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(tuán)，韓國泰光產(chǎn)業(yè)，我國中國臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)，等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，并且有規(guī)?；笊a(chǎn)。目前在祖國大陸還沒有一個(gè)年產(chǎn)100t的規(guī)?；祭w維工廠，大多還處于中試放大階段。值得一提的是我國中國臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)，在80代年中期從美國hitco公司引進(jìn)百噸級碳纖維生產(chǎn)線，經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速發(fā)展，臺(tái)塑產(chǎn)量增加很快，但碳纖維質(zhì)量的提高幅度并不大成分結(jié)構(gòu)　　碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)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(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。

　　碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000mpa亦高于鋼。因此cfrp的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000mpa/(g/cm3)以上，而a3鋼的比強(qiáng)度僅為59mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景，綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能，不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。

　　碳纖維是含碳量高于90％的無機(jī)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(qiáng)度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，x射線透過性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復(fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。

　　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(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（mpa）、模量為100gpa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000mpa、模量250gpa）和高模型（模量300gpa以上）。強(qiáng)度大于4000mpa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450gpa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2％。用量Zui大的是聚丙烯腈pan基碳纖維。

　　目前應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預(yù)氧化）、碳化、石墨化等4個(gè)過程。其間伴隨的化學(xué)變化包括，脫氫、環(huán)化、氧化及脫氧等。

　　由于原料、模量、強(qiáng)度和Zui后的熱處理溫度不同，產(chǎn)生了特性不同的碳纖維，前者硬而脆的常用于復(fù)合材料，軟而柔順的常用于紡織；后者多被用于工程用料。由于碳纖維的應(yīng)用越來越多兼之其特性，碳纖維強(qiáng)力拉伸性能測試的緊迫性擺在了我們面前。強(qiáng)伸性能試驗(yàn)屬于破壞性的，試驗(yàn)完畢試樣沒有可恢復(fù)性，又因?yàn)樘祭w維分離成為單纖維以后非常脆弱，因此在每次試驗(yàn)過程中，需要細(xì)心、耐心，試驗(yàn)前不要對試樣造成損傷。一般試驗(yàn)需要得到的技術(shù)指標(biāo)是cv值、平均值等。

　　碳纖維的拉伸性能測試分單絲法和復(fù)絲法。碳纖維分離成為單纖維以后非常脆弱，剪切強(qiáng)度很低，稍有不慎就會(huì)斷裂，因此在每次試驗(yàn)過程中，需要細(xì)心、耐心，不要對試樣造成損傷。單纖維強(qiáng)伸性能試驗(yàn)通常采用紙框法固定試樣，當(dāng)然也不排除其他方法。單纖維強(qiáng)伸性能試驗(yàn)要采用能測試碳纖維的高強(qiáng)高模纖維強(qiáng)力儀。

　　紙框法固定試樣，剪取適當(dāng)長度的該碳纖維試驗(yàn)樣品,用鋼針沿著纖維方向?qū)⑵浞蛛x，使試驗(yàn)樣品蓬松便于抽取。用取樣盤來盛取試樣，為保證測得結(jié)果的準(zhǔn)確性，不能對碳纖維造成任何損傷。采用國外標(biāo)準(zhǔn)制作襯紙很麻煩，在試驗(yàn)過程中我用電腦制圖找到一個(gè)簡單易行的方法。取0.1mm左右厚的打印紙做基片；按圖1尺寸用word制圖，劃出一個(gè)尺寸合適的框，復(fù)制滿a4紙打?。▓D1是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸時(shí)，裁切線的長度應(yīng)增加一倍）；直尺放與裁切線吻合后用刀片沿裁切線將實(shí)線部分裁除，然后兩端貼上5mm寬的雙面膠紙；抽取分離的單根碳纖維試驗(yàn)樣品，沿中心虛線放上，并用雙面膠紙固定。也可以用融化后的松香，將單根碳纖維“焊接”在紙框上，其“焊點(diǎn)”起到固定單根碳纖維的作用（試驗(yàn)證明：采用“焊接”方式?jīng)]有雙面膠紙固定方式好用，而且夾持試樣時(shí)要離開“焊點(diǎn)”）；再用8～10mm寬的紙條，沿著裁切線寬度方向覆蓋雙面膠紙和試驗(yàn)樣品端頭，沿剪切線剪切，分離成固定在單個(gè)紙框上的待測試樣。注意：碳纖維的取樣比較困難，尤其處理后的碳纖維，很細(xì)，也很難分辨是一根還是兩根，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中曲線對比進(jìn)行判斷如果記錄下的曲線斜率明顯大于其他試樣的很有可能是兩根纖維，必要時(shí)可以用放大鏡配合取樣。

　　碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。

1994年至2002年左右，隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學(xué)術(shù)研究，使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入軍用和民用領(lǐng)域?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有使用長纖碳纖維制作國家電網(wǎng)電纜的使用案例多處。同時(shí)，碳纖維發(fā)熱產(chǎn)品，碳纖維采暖產(chǎn)品，碳纖維遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品也越來越多的走入尋常百姓家庭。

　　碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。以前，以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)(cocom)，對當(dāng)時(shí)的社會(huì)主義國家實(shí)行禁運(yùn)封鎖政策，1994年3月，cocom雖然已解散，但禁運(yùn)封鎖的陰影仍籠罩在上空，先進(jìn)的碳纖維技術(shù)仍引不進(jìn)來，特別是高性能pan基原絲技術(shù)，即使我國進(jìn)入wto，形勢也不會(huì)發(fā)生大的變化。因此，除了國人繼續(xù)自力更生發(fā)展碳纖維工業(yè)外，別無其它選擇。因此，國外尤其是碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)先的日韓等國對中國的碳纖維材料及制品的出口一直保持相當(dāng)謹(jǐn)慎的態(tài)度，只有為數(shù)很少的中國企業(yè)能夠與其建立合作關(guān)系，擁有其產(chǎn)品的進(jìn)口渠道。

　　目前世界碳纖維產(chǎn)量達(dá)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(tuán)，韓國泰光產(chǎn)業(yè)，我國中國臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)，等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，并且有規(guī)?；笊a(chǎn)。目前在祖國大陸還沒有一個(gè)年產(chǎn)100t的規(guī)?；祭w維工廠，大多還處于中試放大階段。值得一提的是我國中國臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)，在80代年中期從美國hitco公司引進(jìn)百噸級碳纖維生產(chǎn)線，經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速發(fā)展，臺(tái)塑產(chǎn)量增加很快，但碳纖維質(zhì)量的提高幅度并不大