碳纖維材料的概述

　　目前，市場(chǎng)(shì chǎng)上供應(yīng)的碳纖維按原料分有粘膠碳纖維、聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維三類。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過(guò)不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維手機(jī)殼外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它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。碳纖維復(fù)合材料此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)），對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。用人選絲制造碳纖維的歷史可以追溯到1880年愛(ài)迪生發(fā)明的白熾電燈絲，但那種碳纖維含有大量孔隙，是非常脆弱的。近代碳纖維的研究起始于本世紀(jì)50年代中期，那時(shí)是在1000℃下的惰性氛圍中處理(chǔ lǐ)人造絲來(lái)制備碳纖維，其抗張強(qiáng)度僅為275MPa。1959年出現(xiàn)了低溫預(yù)處理(chǔ lǐ)、高溫再碳化的分段工藝，使碳纖維的抗張強(qiáng)度提高到330-900MPa之間。

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  　　在60年代進(jìn)行廣泛研究的荃礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)碳纖維的強(qiáng)度和模量與它的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)為無(wú)明顯孔隙的石般結(jié)構(gòu)，且其晶體沿纖維軸取向。碳纖維復(fù)合材料在之前還有一種說(shuō)法是，碳纖維制品與同等質(zhì)量的金屬材料相比，碳纖維的強(qiáng)度等于金屬?gòu)?qiáng)度的12陪。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Bacon指出，當(dāng)石墨基面平行于纖維軸時(shí)，其杭張強(qiáng)度高于20GPa，彈性模量高于690GPa，并得出理論上最大彈性模量為1000GPa。為了盡可能接近這種理想結(jié)構(gòu)，應(yīng)從以下三個(gè)方面改進(jìn)技術(shù)措施。第一是原材料(Material)的選擇(xuanze)，應(yīng)該選擇(xuanze)碳化過(guò)程(guò chéng)中殘?zhí)剂扛撸е厣僖宰畲蠡瘻p少收縮，同時(shí)還應(yīng)有高度的分子取向性，并能在后序工藝階段得以保持。第二是碳化前的預(yù)處理(chǔ lǐ)，處理(chǔ lǐ)的目的是穩(wěn)定(wěn dìng)碳纖維，防止它熔化或分解。第三是碳化、石墨化工藝的選擇(xuanze)，這個(gè)階段的工藝對(duì)碳纖維的力學(xué)能力有很大的影響(influence)，特別是抗拉強(qiáng)度和模量。   　　除了上述的處理(chǔ lǐ)外，不能忘了碳纖維的表面處理(chǔ lǐ)，它能讓碳纖維和基體材料(Material)結(jié)合緊密。